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专题02 光呼吸、光系统与光抑制、光系统及电子传递链
考情分析：真题考点分布+命题规律趋势+备考策略
培优讲练：考点梳理+解题秘籍+对点训练
考点01 光呼吸
考点02 光系统与光抑制
考点03 光合电子传递链
提升冲关：优质好题训练
【高考真题考点分布】
高考考点
三年考情
光呼吸
2025·陕晋青宁
2024·全国卷 Ⅱ 试题
2024·黑吉辽，21
2023·湖南，17
光系统与光抑制
2025·山东，21
2024·河北，18
2024·上海，1
光合电子传递链
2024·浙江
2023·山东，21
2021·湖南，18
2021·重庆，21
【命题规律及趋势】
项目
光呼吸
光系统与光抑制
光合电子传递链
核心知识体系构建
维
度
光呼吸暗反应
（卡尔文
循环）
触
发
条
件
高氧低
CO ₂
（
强
光/ 干
旱）
需CO2 、
ATP
、
NADPH
场
所
叶绿体
→过氧
化物酶
体→线
粒体
叶绿体基
质
能
量
变
消
耗
ATP
（无净
固定 CO ₂
合成有机
物
①光系统 Ⅰ（PS Ⅰ）：
类囊体膜上的蛋白 - 色
素复合体，介导 NADPH
合成，核心功能是电子传
递终点的还原反应。
②光系统 Ⅱ（PS Ⅱ）：
催化水的光解（产生
O 、
₂
H 、
⁺
e ），是电子传
⁻
递链的起点。
③电子传递链：质体醌→
细胞色素 b ₆ f 复合体→
质体蓝素→PS Ⅰ→铁氧
还蛋白→NADPH，伴随 H⁺
跨膜梯度建立（供 ATP
合成）。
（2）光抑制机制
①触发条件：强光下
PS Ⅱ 活性中心过载，电
子传递受阻。
②损伤路径：
①光合传递链（又称光合电子传
递链）是光合作用光反应阶段的
核心环节，其功能是将光能转化
为活跃化学能，为暗反应提供能
量与还原剂。
②场所定位：类囊体膜的结构适
配性
光合传递链的所有组分均分布于
叶绿体类囊体膜上，其膜结构的
特殊性为传递链功能提供支撑：
③类囊体膜的 “垛叠（基粒）与
非垛叠（基质类囊体）” 区域分
工：PS Ⅱ（光系统 Ⅱ）多集中于
基粒类囊体膜（利于捕获强
光），PS Ⅰ（光系统 Ⅰ）与 ATP
合酶多分布于基质类囊体膜及基
粒边缘。
④光合传递链的组分分为“蛋白
复合体”和 “可移动电子载体”
A. 蛋白复合体-PS Ⅱ（光系统
1
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化产）
关
键
酶
Rubisc
o （加
氧
活
性）
Rubisco
（羧化活
性）
A.直接损伤：D1 蛋白降
解导致 PS Ⅱ 复合体失
活。
B.间接损伤：电子泄露引
发活性氧积累，破坏类囊
体膜结构。
③保护机制：环式电子传
递增强（仅产 ATP 不产
NADPH）、叶黄素循环耗
散过剩光能。
Ⅱ）:吸收光能，裂解水（产
O 、
₂
H 、电子），将电子传递给
⁺
PQ
a.细胞色素 b ₆ f 复合体:传递电
子（PQ→PC），同时将 H 从基质
⁺
泵入类囊体腔
b.PS Ⅰ（光系统 Ⅰ）:吸收光
能，将电子从 PC 传递给铁氧还
蛋白（Fd）
c.NADP 还原酶（
⁺
FNR）:催化 Fd
上的电子转移给 NADP ，生成
⁺
NADPH
B.可移动电子载体
a.质体醌（PQ，脂溶性）:连接
PS Ⅱ 与细胞色素 b ₆ f，可携带
H 跨膜移动
⁺
b.质体蓝素（PC，水溶性）:连接
细胞色素 b ₆ f 与 PS Ⅰ，在类囊
体腔中移动
c.铁氧还蛋白（Fd，水溶性）:连
接 PS Ⅰ 与 FNR，在类囊体基质
侧传递电子
命题规律分析
①基础机制考查深
化:以 Rubisco 酶
的羧化/加氧活性为
核心，结合 C3/C4
植物代谢差异命
题。
②结合酶对 CO2/O2
的亲和力差异,细胞
区室化对光呼吸的
抑制作用命题。
③物质能量转化计
算：结合光呼吸的
ATP/NADPH 消耗特
性设计定量分析。
④逆境生理关联:围
绕高温、干旱等胁
迫条件设计情境，
考查光呼吸的双重
作用：
⑤负面效应：高温
促进 Rubisco 加氧
活性，导致 26% 碳
损失
⑥适应价值：干旱
时消耗过剩光反应
产物（NADPH/
①光抑制类型（动态 /
慢光抑制）、光系统差异
（PS Ⅰ/PS Ⅱ 损伤机
制）的区分。
②多维度机制的综合关联
将形态学调整（叶片倾角
60°-75°、叶绿体聚
集）、分子防御（SOD 活
性激增 3-5 倍）、代谢
调节（Rubisco 活性提升
1.8-2.3 倍）纳入同一情
境。
③胁迫因子叠加：结合低
温、干旱等逆境设计考
题，如 “解释干旱条件
下气孔关闭加剧光抑制的
双重机制”（CO 不足限
₂
制碳同化 + 活性氧清除
系统负荷增加）。
④叶绿素荧光技术的应用
拓展
⑤以 Fv/Fm（光化学效
率）、NPQ（非光化学猝
灭）为切入点，设计
“强光处理下突变体与野
生型的荧光曲线差异分
①光系统及电子传递链是高考高
频考点考查。
②既有选择题也有非选择题，以
非选择题为主。
③命题情境：多以实验研究为背
景，如光照强度、光质对光合作
用的影响，光抑制现象，电子传
递链抑制剂的作用等。
④光系统的结构和功能
⑤电子传递链的路径和机制
⑥光能转化为化学能的过程
⑦光抑制现象及其机制
⑧环境因素对光合作用的影响
2
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ATP），避免光合机
构损伤
⑦跨模块知识整合:
关联碳循环、农业
生产实际，如大棚
CO 调控对光呼吸的
₂
影响,CAM 植物（菠
萝、仙人掌）的时
间维度适应（夜间
储 CO 避免日间光
₂
呼吸）
⑧光呼吸替代途径:
以学科突破为情
境，碳固定型途径,
脱羧途径。
⑨基因编辑技术应
用：结合 CRISPR
技术改造 Rubisco
或设计代谢旁路，
基因编辑对酶活性
的定向改造。
⑩实验探究题型：
聚焦机制验证与效
率提升
析”，需关联叶黄素循环
效率与热耗散能力。
⑥实验设计：如 “验证
D1 蛋白周转对 PS Ⅱ 修
复的必要性”，可设置抑
制剂组（阻断蛋白合成）
与对照组，检测光合速率
与荧光参数变化。
⑦多维数据整合：结合
“色素含量柱形图 + 电
子传递速率折线图 + 酶
活性热图”，考查 “弱
光转强光后光系统的适应
性调节”，需提取 “叶
绿素 b 下降 15%-22%→
捕光天线缩小” 等关键
信息。
⑧学科交叉设计：融入物
理光学（红光 / 蓝紫光
穿透性差异），如 “解
释海洋藻类垂直分布与光
系统结构的适配性”。
命题预测
1.综合关联化：光
呼吸与光合作用、
细胞呼吸结合考
查。
2.实验情境化：以
“曲线分析”“突
变体实验” 为载
体，考查净光合速
率计算（总光合=
净光合 + 呼吸+光
呼吸）、实验变量
控制等能力。
3.前沿落地化：最
新科研成果（如
H ₂ O 调控光呼吸酶
₂
PGLP1、基因编辑改
造光呼吸途径）已
进入命题视野，侧
重考查信息提取与
知识迁移。
4.基础机制：酶与
场所的双重考查，
Rubisco 酶特性
A.催化方向取决于
1. 结构示意图解读类
（基础能力层）
A.考查重点：光系统组
成、电子传递路径、质子
梯度形成与 ATP 合成的
关联。B.命题情境：结合
类囊体膜上 PS Ⅰ/PS Ⅱ
分布示意图，设置 “电
子传递阻断剂影响”“质
子通道抑制剂作用” 等
问题。
2. 多因素交互作用类
A.CO 浓度等因子的协同
₂
/ 拮抗效应。
B.命题情境：夏季正午
“强光 + 高温” 导致番
茄光合速率下降的机理分
析，或低温胁迫对花生
PS Ⅰ 活性的影响。
3. 光保护机制探究类
（实验探究层）
A.考查重点：NPQ 机制、
D1 蛋白功能及人工干预
措施（如铁氰化钾的作
1.机制深化：聚焦质子梯度与能
量转换
A.命题逻辑：结合化学渗透假说
验证实验（贾格道夫实验），考
查 H 梯度的形成机制及
⁺
ATP 合
成的直接动力。
B.预测设问：黑暗中将类囊体置
于 pH=4 的溶液中平衡后，转移
至 pH=8 的含 ADP+Pi 缓冲液，
为何能合成 ATP？若加入破坏类
囊体膜完整性的试剂，实验结果
会如何变化？
2.逆境适应：电子传递途径的动
态调控
A.命题逻辑：强光 / 低温下，环
式与线性传递的切换机制及生理
意义（如提高 ATP/NADPH 比
例）。
B.预测情境：拟南芥 C37 蛋白缺
失突变体在强光下萎黄，研究发
现其电子传递受阻于
PS Ⅰ→Cb6/f 环节（图 2）。请
分析：①突变体为何无法适应强
光？②环式电子传递如何通过调
3
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CO ₂/O 比值（高比
₂
值促光合，低比值
促光呼吸）。
B.选择题（酶功能
判断）、填空题
（反应式书写）。
C.核心路径：C →
₅
乙醇酸→乙醛酸→
甘氨酸→CO （碳回
₂
收率 75%），消耗
ATP 和 NADPH。
D.命题陷阱：光呼
吸与有氧呼吸的区
别。D.光合作用
CO 来源包括外界、
₂
细胞呼吸及光呼
吸；C 化合物在卡
₃
尔文循环与光呼吸
间的分配。
E.绘制 “光合 -
光呼吸 - 呼吸”
碳流模型，分析
CO 浓度对碳分配的
₂
影响。
F.结合黑白瓶实验
数据（初始溶氧量
m 、黑瓶
₀
m 、白瓶
₁
m ），计算光呼吸
₂
速率。
5.实验探究：变量
与结论的逻辑链
A.经典实验迁移
B.转基因实验分析
C.农业与进化视角
增产技术命题
D.光呼吸抑制剂
（如 CA1P）或基因
编辑（改造
Rubisco 酶）提高
作物产量。
E.光呼吸在低 CO ₂
原始大气中的进化
价值（回收碳元
素），与 C 植物的
₄
适应性对比。
用）。
B.命题情境：对比野生型
与 NPQ 缺陷突变体在强
光下的 PS Ⅱ 活性，或
探究外源物质（如叶黄素
类似物）对光抑制的缓解
效果。
4. 技术应用情境类（创
新拓展层）
A.考查重点：植物工厂
LED 补光技术与光系统功
能的匹配性。
B.命题情境：不同波长
LED 灯（680nm/700nm）
对 PS Ⅰ/PS Ⅱ 活性的影
响，设计 “精准补光方
案” 以减少光抑制。
5.学科融合：结合半导体
技术与光合生理，体现
STS（科学 - 技术 - 社
会）教育理念。
节 ATP/NADPH 比例缓解光抑制？
3.跨模块综合：光合与呼吸电子
传递链对比
A.命题逻辑：类比光合磷酸化与
氧化磷酸化的共性（H 梯度驱动
⁺
ATP 合成）与差异（能量来源、
电子受体）。
B.预测设问：列表比较叶绿体类
囊体膜与线粒体内膜上的电子传
递过程：①电子供体与最终受
体；②H 的运输方向；③
⁺
ATP 合
成的能量来源。
【备考策略】
1．知识点内在逻辑梳理（建立知识框架是基础）
4
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三者均围绕光合作用光反应及关联过程展开，核心逻辑链：
(1)光系统（能量吸收转化）→ 电子传递链（ATP/NADPH 合成）→ 光抑制（光系统保护机制）→ 光呼
吸（碳代谢“副反应”与光反应关联）
A.备考第一步：用思维导图呈现该逻辑链，标注各环节关键物质（如 PS Ⅰ/PS Ⅱ、PQ、Cytb6f、
Rubisco）与能量流向。
2．分模块考点精析（抓核心、破难点）
①光呼吸：“易错点集中区” 备考重点
核心考点清单
考点
关键内容
定义
光照下 Rubisco 催化 RuBP 与 O 结合，生成磷酸乙醇酸（“碳流失” 过
₂
程）
与暗反应的区别
底物（O ₂ vs.CO ）、产物（磷酸乙醇酸
₂
vs. 三碳化合物）、能量变化（消
耗 ATP vs. 固定能量）
生理意义
1. 消耗过剩 ATP/NADPH，避免光抑制；2. 干旱时关闭气孔后，维持碳循环
运转
C3/C4 植物差异
C4 植物通过 “花环状结构” 将 CO 浓缩到维管束鞘细胞，抑制
₂
Rubisco
与 O 结合，光呼吸弱
₂
②高频易错点辨析
误区 1：“光呼吸只在光下进行，暗反应只在暗处进行”→ 纠正：暗反应需光反应提供的
ATP/NADPH，故光照下也进行；光呼吸需光激活 Rubisco，故只在光下进行。
误区 2：“光呼吸是无用的浪费过程”→ 强调：极端条件下（强光、干旱）是 “保护性反应”，避免
光合机构损伤。
(2)光系统与光抑制：“细节决定得分” 备考关键
①光系统（PS Ⅰ/PS Ⅱ）核心对比
对比项
PS Ⅱ（光系统 Ⅱ）
PS Ⅰ（光系统 Ⅰ）
核心色素叶绿素 a（P680）
叶绿素 a（P700）
功能
吸收光能分解水（产 O 、
₂
H 、电子）；推动
⁺
电子传递
吸收光能将电子传递给 NADP ，生成
⁺
NADPH
位置
类囊体膜外侧（靠近 stroma）
类囊体膜内侧（靠近 lumen）
②光抑制：“机制理解是核心”
定义：强光下，光系统吸收的光能超过电子传递链消耗能力，导致 PS Ⅱ 反应中心受损（主要是 D1 蛋
白降解），光合效率下降。
③防御机制（备考必记）：
A.非光化学猝灭（NPQ）：过剩光能以热能形式散失；
B.光呼吸消耗过剩 ATP/NADPH；
C. D1 蛋白快速修复（分解后重新合成）。
3．光系统及电子传递链：“流程可视化” 突破抽象
①电子传递链（ETC）流程梳理-关键步骤：
A.PS Ⅱ 吸收光能→P680 激发电子→电子经 PQ（质体醌）传递给 Cytb6f 复合体；
B.Cytb6f 将电子传递给 PC（质体蓝素），同时将类囊体腔外 H 泵入腔内，形成
⁺
H 梯度；
⁺
5
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C.电子进入 PS Ⅰ→P700 激发→电子经 Fd（铁氧还蛋白）传递给 FNR（铁氧还蛋白 - NADP 还原酶）
⁺
，
生成 NADPH；
D.类囊体腔内 H 经
⁺
ATP 合酶顺浓度梯度流出，驱动 ATP 合成（化学渗透学说）。
②高频考点：“电子传递与物质合成的关联”
A.电子传递中断影响：若 PS Ⅱ 受损（如除草剂抑制水分解），电子传递停止→ATP、NADPH 无法合成
→暗反应停滞。
B.循环电子传递（特殊情况）：仅 PS Ⅰ 参与，电子不生成 NADPH，仅合成 ATP（满足暗反应中 ATP
需求大于 NADPH 的情况）。
考点01 光呼吸
1．概念界定
光呼吸是指植物在光照条件下，利用光合作用产生的 ATP 和 NADPH，将核酮糖二磷酸（RuBP）与氧气
结合，生成磷酸乙醇酸，进而经过一系列代谢过程消耗能量和有机物的过程，其本质是光合作用的
“副反应”，与暗呼吸（有氧呼吸）有显著区别。
2．核心过程（场所：叶绿体→过氧化物酶体→线粒体）
叶绿体阶段：在光照下，Rubisco 酶（核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶）同时具有羧化酶和加氧酶活性。
当O2浓度高、CO2浓度低时，Rubisco 催化 RuBP 与O2结合，生成 1 分子磷酸甘油酸（3-PGA，可进入
卡尔文循环）和 1 分子磷酸乙醇酸；
过氧化物酶体阶段：磷酸乙醇酸进入过氧化物酶体，先脱去磷酸生成乙醇酸，再被氧化为乙醛酸，同
时产生 H2O2（被过氧化氢酶分解为 H2O 和 O2）；
6
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线粒体阶段：乙醛酸进入线粒体，经转氨基作用生成甘氨酸，2 分子甘氨酸进一步反应生成 1 分子丝
氨酸，同时释放 CO2和 NH3（NH3可再合成氨基酸）；
回归叶绿体：丝氨酸回到过氧化物酶体，转化为甘油酸，再进入叶绿体生成 3-PGA，重新参与卡尔文循
环。
3．生理意义
保护光合机构：当光照过强、CO2供应不足时，光呼吸可消耗过剩的 ATP 和 NADPH，避免光合色素和光
合酶因 “能量过剩” 受损；
补充碳源：光呼吸产生的 3-PGA 可回归卡尔文循环，减少碳的浪费；
适应低 CO2环境：在高氧、低 CO2环境（如高温天气）下，光呼吸可通过释放 CO2提高局部 CO2浓度，
辅助 Rubisco 酶的羧化反应。
大招详解：4 大方法巧解光呼吸
1）知识点定位法：遇到光呼吸题目，先明确考查核心（过程、场所、酶功能、与光合/暗呼吸的关
系），快速关联知识网络中的对应模块（如“Rubisco 酶”→联系其双功能活性，“能量变化”→定位
光呼吸“耗能” 特点）；
2）条件分析法：关注题干中的 “环境条件”（如 O2/CO2浓度、光照强度、温度），分析其对光呼吸
的影响（如高 O2→光呼吸增强，高 CO2→光呼吸减弱）；
3）对比排除法：解答选择题时，利用 “光呼吸与暗呼吸的区别”“光呼吸与光合作用的联系” 等对
比点，排除错误选项（如选项涉及 “光呼吸产 ATP”，直接根据 “耗能” 特点排除）；
4）逻辑推导法：解答简答题时，按 “环境条件→酶活性变化→光呼吸速率变化→对光合的影响” 的
逻辑链推导，确保因果关系完整（如例题 2 中 “高温→气孔关闭→CO2不足→Rubisco 加氧活性增强
→光呼吸升高→光合下降”）。
【典例1】下列关于光呼吸的叙述，错误的是（ ）
A.光呼吸需要光照条件，暗呼吸无需光照
B.光呼吸过程中 Rubisco 酶可结合 O 和
₂
CO ₂
C.光呼吸产生的 ATP 可用于卡尔文循环
D.光呼吸的场所包括叶绿体和线粒体
【答案】C
【解析】从题目可以定位题目考查的核心是光呼吸。卡尔文循环消耗的ATP 来自光反应而不是来自光
呼吸。光呼吸依赖光照（需光合提供 ATP/NADPH），暗呼吸在有光、无光下均可进行，A 正确；
Rubisco 是双功能酶，可结合 CO2（光合）或 O2（光呼吸），B 正确；光呼吸的特点是 “消耗 ATP”，
而非 “产生 ATP”，卡尔文循环的 ATP 来自光合作用的光反应，C 错误；光呼吸涉及叶绿体（起始）、
过氧化物酶体、线粒体（核心代谢），D 正确；
【典例2】（2025·陕晋青宁卷·高考真题）叶绿体中R 酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和
O2两种底物竞争R 酶同一活性位点；线粒体中G 酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图（a）。为探究
保卫细胞中G 酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W 为参照，构建了G 酶表达量仅在保卫
细胞中增加的植株S，实验结果如图（b）。回答下列问题。
7
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(1)R 酶催化CO2固定的场所是叶绿体的________，产物C3在光反应生成的_______参与下合成糖类等有
机物。
(2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图（a）（b）可知，相同光照条件下植株S 保卫细胞中G 酶
表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是________________。
(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S 的净光合速率________（填“增
大”或“减小”）；相较于植株W，植株S 的净光合速率变化幅度________（填“大”“小”或“无
法判断”）。
(4)若需确认保卫细胞中G 酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结
果：________________。
【答案】(1)基质 ATP、NADPH
(2)植株S 保卫细胞中G 酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而
生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳
吸收加快，碳反应速率加快
(3)减小 小
(4)实验思路：以野生型植株W 为参照，构建了G 酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S 和构建了G 酶
表达量仅在保卫细胞中减少的植株T 为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照
强度下的净光合速率。
预期结果：植株T 净光合速率小于植株W，植株S 净光合速率大于植株W
【解析】从图（a）可定位题目考查的核心是光呼吸。（1）叶绿体中R 酶催化CO2固定，二氧化碳固定
属于暗反应过程，暗反应发生在叶绿体基质中。产物C3在光反应生成的ATP 和NADPH 的作用下合成糖
类等有机物，其中ATP 可以提供能量，NADPH 作为还原剂并提供能量。
（2）结合图示和题干信息分析，相同光照条件下植株S 保卫细胞中G 酶表达量提高，促进甘氨酸转化
为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，
植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，碳反应速率加快，从而使得植株S 叶片的净
光合速率高于植株W。
8
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（3）叶绿体中R 酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R 酶同一活性位点，
保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，二氧化碳竞争R 酶的能力减弱，碳反应速率
减小，因此植株S 的净光合速率减小。相较于植株W，植株S 在相同条件下气孔开度相对较大，有利于
二氧化碳的吸收，因此植株S 的净光合速率变化幅度较小。
（4）为探究保卫细胞中G 酶对植物光合作用的影响，以野生型植株W 为参照，构建了G 酶表达量仅在
保卫细胞中增加的植株S，还需要补充的一个实验组是构建了G 酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株
（假设为T），实验思路是以野生型植株W 为参照，构建了G 酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S 和
构建了G 酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T 为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在
不同光照强度下的净光合速率。根据上述分析，G 酶有利于光合作用的进行，因此预期结果是植株T 净
光合速率小于植株W，植株S 净光合速率大于植株W。
【典例3】(2024 黑、吉、辽,21,12 分)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3;当CO2/O2的值低时,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。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是________过程。
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH 的场所是______和____。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1 和2,测定
净光合速率,结果如图2、图3。图2 中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外,还可来自________
和________( 填生理过程) 。7 ～10 时株系1 和2 与WT 净光合速率逐渐产生差异, 原因是
__________________________。据图3 中的数据______(填“能”或“不能”)计算出株系1 的总光合速
率,理由是____________________________。
(4) 结合上述结果分析, 选择转基因株系1 进行种植, 产量可能更具优势, 判断的依据是
__________________________________。
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【答案】 (1)CO2的固定 (2)细胞质基质 线粒体基质 (3)呼吸作用 光呼吸 株系1 和2 光呼吸速
率低 不能 光呼吸和呼吸作用的速率未知 (4)在同等光照强度和CO2浓度下,株系1 光呼吸速率最低,
净光合速率最高
【解析】根据题干和图1 可判断试题考查的核心是光呼吸。(1)据图1 可知,反应①表示C5将CO2固定生
成C3的过程。
(2)真核生物消耗葡萄糖的有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质,第二阶段发生在线粒体基质中,这两个
阶段都能生成NADH([H])。
(3)呼吸作用(有氧呼吸第二阶段和产酒精的无氧呼吸)能产生CO2,由过程③可知,光呼吸也能产生CO2。
转基因株系1 和2 都含有改变光呼吸的相关基因,又由图2、3 知二者比野生型植株净光合速率高,转基
因株系和野生型植株呼吸速率相同,可推出转基因株系1 和2 光呼吸速率降低。以CO2量的变化为指标
时,总光合速率=净光合速率+光呼吸速率+呼吸速率,图3 数据仅提供了净光合速率,光呼吸和呼吸作用
的速率未知,所以无法求出株系1 的总光合速率。
(4)在同等光照强度和CO2浓度下,株系1 光呼吸速率最低,净光合速率最高,选择株系1 种植时产量可能
更具优势。
易错提醒！！！
易错点
正确认知
常见错误
光呼吸与暗呼
吸的场所
光呼吸：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体；暗呼吸：
细胞质基质、线粒体
认为光呼吸仅发生在叶绿体，
或与暗呼吸场所完全相同
光呼吸的能量
变化
消耗 ATP、NADPH（“耗能” 过程）
误认为光呼吸像暗呼吸一样
“产生能量（ATP）”
Rubisco 酶的
功能
兼具羧化酶（结合 CO ，光合）和加氧酶（结合
₂
O ，光呼吸）活性，活性受
₂
CO ₂/O 浓度比调控
₂
认为 Rubisco 仅催化卡尔文循
环（只结合 CO ）
₂
光呼吸的底物
核心底物是 RuBP，而非葡萄糖
混淆光呼吸与暗呼吸的底物，
认为光呼吸底物是葡萄糖
光呼吸的 “利
弊”
并非完全 “浪费”，可保护光合机构、补充碳源
片面认为光呼吸仅消耗有机
物，无生理意义
1．在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。
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(1)该植物叶片在温度a 和c 时的光合速率相等，叶片有机物积累速率________（填“相等”或“不相
等”），原因是________________________________。
(2)在温度d 时，该植物体的干重会减少，原因是________________________________。
(3)温度超过b 时，该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是
________________________________。（答出一点即可）
(4)通常情况下，为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在
________最大时的温度。
【答案】(1)不相等 自然条件下，黑暗时温度a 和c 时的呼吸速率不相等
(2)温度d 时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但植物的根部等细胞不进行光合作用，仍呼吸消耗有
机物，导致植物体的干重减少
(3)温度过高，导致部分气孔关闭，CO2供应不足，暗反应速率降低；温度过高，导致酶的活性降低，
使暗反应速率降低
(4)光合速率和呼吸速率差值
【解析】（1）在自然条件下，该植物叶片在温度a 和c 时的光合速率相等，但由于黑暗时呼吸速率不
同，因此叶片有机物积累速率不相等。
（2）在温度d 时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但由于植物有些细胞不进行光合作用如根部细胞，
因此该植物体的干重会减少。
（3）温度超过b 时，为了降低蒸腾作用，部分气孔关闭，使CO2供应不足，暗反应速率降低；同时使
酶的活性降低，导致CO2固定速率减慢，C3还原速率减慢，进而使暗反应速率降低。
（4）为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在光合速率与
呼吸速率差值最大时的温度，有利于有机物的积累。
2．如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(Km
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7 μmol·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。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。
(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)C3(3-磷酸甘油酸) 蔗糖 筛管 (2)高于 玉米的PEPC 酶对CO2的亲和力比Rubisco 酶要
高,能利用低浓度的CO2;水光解主要在叶肉细胞进行,暗反应在维管束鞘细胞中进行,维管束鞘细胞中
CO2/O2较高,提高了光合作用效率;通过C3和C4在叶肉和维管束鞘细胞之间的循环,将CO2转运到维管束
鞘细胞浓缩,维管束鞘细胞中CO2浓度较高 (3)NADPH 和ATP 的供应限制、固定CO2的Rubisco 酶数量有
限、C5再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多
【解析】 (1)玉米的暗反应先在叶肉细胞中进行,在PEPC 酶的催化下,PEP 与CO2反应生成C4,C4转运到维
管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环,据此推理,并结合水稻的暗反应图示,可知玉米的卡尔文循环
中第一个光合还原产物是3-磷酸甘油醛。在叶绿体内,其可用于淀粉等的合成,大部分运至叶绿体外,并
转变成蔗糖。与葡萄糖相比,蔗糖属于非还原糖,较稳定,对渗透压影响也小,蔗糖通过筛管长距离运输
到其他组织器官。
(2)在干旱环境下,大部分气孔关闭,植物能吸收的CO2减少,与水稻叶肉细胞中的Rubisco 酶相比,玉米
叶肉细胞中的PEPC 酶对CO2的Km 小,亲和力大,玉米在较低浓度的CO2下仍能固定CO2 进行光合作用;在
高光照强度环境下,光反应较强,产生的O2较多,与玉米维管束鞘细胞相比(水光解的主要场所为叶肉细
胞的叶绿体),水稻叶肉细胞O2较多易进行光呼吸,使得暗反应减弱;与水稻叶肉细胞相比,玉米叶肉细胞
紧密围绕维管束鞘,叶肉细胞中的PEP 与CO2反应生成C4,C4进入维管束鞘细胞后释放CO2,使CO2得到浓
缩,保障了暗反应的进行。
(3)在光饱和条件下,水稻叶绿体的光反应强度不再增加,产生的ATP 和NADPH 不再增多,限制了C3的还
原;水稻叶绿体内固定CO2的Rubisco 酶的量有限;光合作用产生的有机物在叶绿体中积累较多,抑制了
反应的进行。
3．图1 所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①~⑦表示代谢途径)。Rubisco 是光合作用的关键酶
之一,CO2和O2竞争与其结合,分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖;C5氧化则产生乙醇酸
(C2),C2在过氧化物酶体和线粒体协同下,完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题。
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图Ⅰ
(1)图Ⅰ中,类囊体膜直接参与的代谢途径有________(从①~⑦中选填),在红光照射条件下,参与这些途
径的主要色素是________。
(2)在C2循环途径中,乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化,同时生成的________在过氧化氢酶催化下迅
速分解为O2和H2O。
(3)将叶片置于一个密闭小室内,分别在CO2浓度为0 和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化,获得
曲线a、b(图Ⅱ)。
图Ⅱ
①曲线a,0~t1 时段释放的CO2 源于________;t1~t2 时段,CO2 的释放速度有所增加,此阶段的CO2 源于
____________________。
②曲线b,当时间到达t2点后,室内CO2浓度不再改变,其原因是__________________。
(4)光呼吸可使光合效率下降20%~50%,科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的
苹果酸合酶﹐形成了图Ⅲ代谢途径﹐通过________________________降低了光呼吸,提高了植株生物量。
上述工作体现了遗传多样性的__________价值。
图Ⅲ
【答案】(1)①⑥ 叶绿素(叶绿素a 和叶绿素b) (2)H2O2(过氧化氢) (3)①细胞呼吸 光呼吸和细胞
呼吸 ②光合作用速率等于光呼吸和细胞呼吸速率之和 (4)将乙醇酸转化为苹果酸,增加叶绿体中的
CO2浓度 直接
【解析】(1)光合作用光反应阶段的场所是类囊体膜,主要代谢过程包括水的光解、ATP 和NADPH 的合成,
对应图Ⅰ中的①⑥过程;光反应过程需要光合色素的参与,叶绿素(叶绿素a 和叶绿素b)主要吸收红光和
蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
(2)由题空后半句“过氧化氢酶”“O2和H2O”可知,分解的底物为H2O2(过氧化氢)。
(3)①由题干信息“CO2和O2竞争与其结合……完成光呼吸碳氧化循环”及图Ⅰ可知,在光照条件下(H2O
可进行水的光解产生O2)且CO2浓度较低时,O2结合Rubisco 的能力较强,易催化C5氧化产生C2,C2在过氧
化物酶体和线粒体协同下参与完成光呼吸碳氧化循环,产生CO2;此外,细胞呼吸作用也会产生CO2,而黑
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暗条件下(0～t1),不能进行光呼吸,CO2来自呼吸作用;曲线a 在t1 点施加光照后,t1～t2 时段CO2的释
放速度有所增加,CO2来自光呼吸和细胞呼吸。②曲线b 到达t2 点后,室内CO2浓度不再改变,说明CO2的
吸收与释放速度达到动态平衡,即光合作用速率等于光呼吸和细胞呼吸速率之和。
(4)根据(2)和图Ⅰ所示可知,光呼吸代谢途径为叶绿体中的乙醇酸(C2)运出后直接或间接被转化为过氧
化氢、CO2和C3(消耗ATP)等,其中过氧化氢会被进一步分解为O2和水,一定程度上造成了物质和能量的
浪费。与光呼吸途径相比,图Ⅲ所示途径通过将乙醇酸转化为苹果酸,把物质保留在叶绿体内,苹果酸转
化过程中生成2 分子CO2,提高了叶绿体中CO2与O2的比值,这不但降低了光呼吸,还提高了植物生物量,
体现了遗传多样性的直接价值。
【知识拓展】 光呼吸代谢主要途径
光呼吸代谢途径是在叶绿体、过氧化物酶体、线粒体3 种细胞器的协同参与下完成的。(1)在叶绿体中:
光照条件下,O2 和RUBP(C5)在Rubisco 作用下形成磷酸乙醇酸,进而生成乙醇酸(C2)。(2)在过氧化物酶
体中:乙醇酸被氧化成乙醛酸和H2O2,H2O2 被分解成O2 和H2O;在转氨酶作用下,乙醛从谷氨酸中得到氨
基成为甘氨酸。(3)在线粒体中:两分子甘氨酸转变为丝氨酸并释放CO2。
考点02 光系统与光抑制
1．光系统
（1）概念：光系统是光合作用光反应阶段中，由光合色素和蛋白质组成的、能吸收、传递和转化光能
的复合物，分布在叶绿体类囊体薄膜上。
（2）核心部分：包括反应中心色素（少数特殊状态的叶绿素 a）和与之结合的蛋白质，是光能转化的
关键部位，能将吸收的光能转化为化学能。
（3）天线色素系统：由大多数叶绿素 a、全部叶绿素 b、类胡萝卜素组成，作用是吸收和传递光能，
将光能传递给反应中心色素。
①光系统 Ⅰ（PS Ⅰ）：
反应中心色素为 P700（最大吸收波长 700nm）。
功能：参与 NADPH 的形成，在光的驱动下，将电子传递给 NADP ，同时结合
⁺
H 生成
⁺
NADPH；还可参与
cyclic 电子传递（循环电子传递），仅产生 ATP，不产生 NADPH。
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②光系统 Ⅱ（PS Ⅱ）：
反应中心色素为 P680（最大吸收波长 680nm）。
功能：首先吸收光能，启动光反应，完成水的光解（2H ₂ O→4H⁺+O ₂+4e ），产生
⁻
O 和
₂
H ；同时将电子
⁺
传递给后续的电子传递链，为 ATP 合成提供能量。
③两者协同作用：PS Ⅱ 吸收光能后，将电子传递给电子传递链，电子经传递后到达 PS Ⅰ；PS Ⅰ 吸收
光能后，将电子进一步传递给 NADP ，形成
⁺
NADPH。在电子传递过程中，伴随 H 跨类囊体膜运输，形
⁺
成类囊体膜内外的 H 浓度差，驱动
⁺
ATP 合成酶合成 ATP。
2．光抑制
（1）概念：当植物吸收的光能超过其光合作用所能利用的光能时，光合效率（如光合速率、PS Ⅱ 活
性）下降的现象，称为光抑制，是植物对强光环境的一种适应性反应，也是一种光合损伤。
（2）成因：
①直接原因：强光下，PS Ⅱ 反应中心色素（P680）过度激发，导致反应中心受损（如 D1 蛋白降解），
无法正常接收和传递电子，使光反应效率下降。
②间接原因：光能过剩时，多余的光能会诱导产生活性氧（如超氧阴离子、过氧化氢等），活性氧会
破坏光合色素、蛋白质（如酶）和类囊体膜结构，进一步抑制光合作用。
③影响因素：
光照强度：是核心因素，光照强度超过光饱和点后，易发生光抑制，且光照越强、持续时间越长，光
抑制程度越严重。
温度：低温下，暗反应酶（如 Rubisco）活性低，暗反应消耗的 ATP 和 NADPH 减少，导致光反应产生
的能量积累，加剧光抑制；高温会破坏光合结构，与强光协同加重光抑制。
CO 浓度：低
₂
CO 浓度时，暗反应固定
₂
CO 的速率低，消耗的光反应产物少，多余光能易引发光抑制。
₂
（3）植物的保护机制：
①非光化学猝灭（NPQ）：天线色素吸收的多余光能以热能形式散失，减少传递到反应中心的光能，避
免反应中心过度激发。
②酶的保护：植物体内的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶，可清除活性氧，
减轻其对光合结构的破坏。
③天线色素调节：类胡萝卜素可吸收多余光能，且能猝灭激发态叶绿素，保护光合色素；部分植物可
调节天线色素的含量或组成，适应强光环境。
解题通法
1．填空或解答题解题通法：①定位知识点：根据空格前后的提示（如 “光系统 Ⅱ 的反应中心色素是
___”“光抑制时，植物通过___清除活性氧”），确定考查的具体知识点（如光系统组成、保护机
制）。
②填准确术语：使用教材规范术语，避免口语化表述（如 “非光化学猝灭” 不能简写成 “热能散
失”，“超氧化物歧化酶” 不能错写为 “抗氧化酶”，需写具体酶类）。
③检验逻辑通顺：填写后通读句子，确保表述符合知识逻辑（如 “___驱动 ATP 合成”，结合知识应
填 “类囊体膜内外 H 浓度差”，而非 “电子传递”，因电子传递是形成浓度差的原因）。
⁺
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2．实验题分析方法
①明确实验变量：
自变量：通常为 “光照强度”（探究光抑制的光照阈值）、“温度”（探究温度对光抑制的影响）、
“CO 浓度”（探究
₂
CO 对光抑制的缓解作用）。
₂
因变量：常用 “光合速率”“PS Ⅱ 活性”“O 释放速率”“
₂
NADPH 生成量” 等指标衡量光抑制程度。
无关变量：如植物种类、叶片状态、处理时间、光照波长等，需保持相同且适宜。
②分析实验结果：
若 “强光组光合速率＜适光组”，说明发生光抑制；
若 “强光 + 补充 CO 组光合速率＞强光组”，说明
₂
CO 能缓解光抑制；
₂
若 “低温 + 强光组光合速率＜常温 + 强光组”，说明低温加剧光抑制。
③得出实验结论：根据结果推导自变量与因变量的关系（如 “在一定范围内，光照强度越高，光抑制
程度越严重”“适宜 CO 浓度可减轻强光导致的光抑制”）。
₂
【典例1】（2025·山东·高考真题）高光强环境下，植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，
引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正
常生长，其部分光合过程如图所示。
(1)叶绿体膜的基本支架是_____；叶绿体中含有许多由类囊体组成的_____，扩展了受光面积。
(2)据图分析，生成NADPH 所需的电子源自于_____。采用同位素示踪法可追踪物质的去向，用含
3H2O
的溶液培养该绿藻一段时间后，以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，能进入线粒体基质被
3H
标记的物质有H2O、_____，离心收集绿藻并重新放入含H2
18O 的培养液中，在适宜光照条件下继续培养，
绿藻产生的带
18O 标记的气体有_____。
(3)据图分析，通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为_____。
【答案】(1)磷脂双分子层 基粒
(2)水的光解 丙酮酸、[H] 氧气（或O2）和二氧化碳（CO2）
(3)途径①通过将过剩的电子传递给氧气，生成超氧化物（如H2O2），进而这些超氧化物被活性氧清除
系统（如过氧化氢酶等）清除，从而防止活性氧对光合系统的损伤；途径②将叶绿体吸收的过剩光能
转化为热能散失，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而防止对光合系统的损伤
【解析】（1）叶绿体膜属于生物膜的范畴，生物膜的基本支架是磷脂双分子层；叶绿体中含有许多由
类囊体组成的基粒，扩展了受光面积。
（2）据图分析，水在光下分解为O2和H+，同时产生的电子经传递，可用于NADP+与H+结合形成NADPH，
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即生成NADPH 所需的电子源自于水的光解。3H2O 被植物细胞吸收后参与光合作用，生成C6
3H12O6。在有氧
呼吸的第一阶段，C6
3H12O6在细胞质基质中被分解成含有3H 的丙酮酸，产生少量的[3H]，并释放少量的
能量；在有氧呼吸的第二阶段，丙酮酸与3H2O 在线粒体基质中被彻底分解生成CO2和[3H]，释放少量的
能量；在线粒体内膜上完成的有氧呼吸的第三阶段，[3H]与O2结合生成H2O，并释放大量的能量。可见，
用含3H2O 的溶液培养该绿藻，一段时间后，能进入线粒体基质被3H 标记的物质有H2O、丙酮酸。培养液
中H218O 被绿藻吸收后，在光合作用的光反应阶段被分解产生18O2；在有氧呼吸的第二阶段，H2
18O 与丙
酮酸被彻底分解为C18O2和[H]，即产生的带18O 标记的气体有O2和CO2。
（3）据图分析，途径①通过将过剩的电子传递给氧气，生成超氧化物（如H2O2），进而这些超氧化物
被活性氧清除系统（如过氧化氢酶等）清除，从而防止活性氧对光合系统的损伤；途径②将叶绿体吸
收的过剩光能转化为热能散失，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而防止对光合系统的损伤。
【典例2】(2024 河北,19,2 分)高原地区蓝光和紫外光较强,常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜
色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响,研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率,以及覆膜后幼苗
光合色素的含量,结果如图、表所示。
覆膜处理
叶绿素含量
(mg/g)
类胡萝卜素
含量(mg/g)
白膜
1.67
0.71
蓝膜
2.20
0.90
绿膜
1.74
0.65
回答下列问题:
(1)如图所示,三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异,其中________光可被位于叶绿
体____________上的光合色素高效吸收后用于光反应,进而使暗反应阶段的C3还原转化为__________和
__________。与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的________较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。
(2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比,选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色
素时,可利用__________作为溶剂。测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光,原因是
__________________________________________________________。
(3)研究表明,覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果,其原因为
_________________________________________________________________________________________
_______________________________(答出两点即可)。
【答案】 (1)蓝 类囊体薄膜 C5 糖类 紫外光 (2)无水乙醇 叶绿素a 和叶绿素b 主要吸收蓝紫光
和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,选择红光可排除类胡萝卜素的干扰 (3)覆盖蓝膜紫外光透
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过率低,蓝光透过率高,降低紫外光对幼苗辐射的同时不影响其光合作用;与覆盖白膜和绿膜相比,覆盖
蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高,有利于幼苗进行光合作用
【解析】(1)吸收光能的4 种色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上,其中叶绿素a 和叶绿素b 主要吸收蓝紫
光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。暗反应阶段,C3 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C3,在酶的作用下经过一系列反应转化为糖类,另一些接受
能量并被还原的C3,经过一系列变化,又形成C5。据题图可知,与覆盖白膜相比,蓝膜和绿膜透过的紫外
光较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。
(2)绿叶中的光合色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,所以可用无水乙醇提取绿叶中的光合色素。叶
绿素a 和叶绿素b 主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,为了排除类胡萝卜素的干
扰,测定叶绿素含量时,应选择红光而不选择蓝紫光。
(3)据题图可知,与白膜和绿膜相比,蓝膜的紫外光透过率较低,蓝光透过率较高,在降低紫外光对幼苗的
辐射同时不影响其光合作用;据表中数据分析,与覆盖白膜和绿膜相比,覆盖蓝膜的幼苗叶绿素和类胡萝
卜素含量都更高,有利于幼苗进行光合作用。
【典例3】(2023 山东,21,10 分)当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的 PS Ⅱ复合体
(PS Ⅱ)造成损伤,使PS Ⅱ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PS Ⅱ的损伤。已知拟南芥的H 蛋白有2 个功能:①修复损伤的PS Ⅱ;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PS Ⅱ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PS Ⅱ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)有无光照、有无H 基因或H 蛋白 温度、CO2浓度、水 (2)不能 野生型PS Ⅱ损伤大但
能修复;突变体PS Ⅱ损伤小但不能修复 (3)少 突变体NPQ 高,PS Ⅱ损伤小,虽无H 蛋白修复但PS Ⅱ活
性高,光反应产物多
【解析】(1)从图示可以看出有两个自变量,一是有无光照,二是拟南芥有无H 基因或H 蛋白。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温度、CO2浓度、水等。
(2)野生型PS Ⅱ损失大,但损失可被H 蛋白修复;突变体PS Ⅱ损失小,无H 蛋白修复损失,所以不能比较
出强光照射下突变体和野生型的PS Ⅱ活性强弱。
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(3)强光照射下,突变体通过NPQ 增加了光能的耗散,流向光合所用的能量减少。若测得突变体的暗反应
强度增加,通过实验推测原因可能是突变体NPQ 高,PS Ⅱ损伤小,虽无H 蛋白修复但PS Ⅱ活性高,光反应
产物多。
易错提醒！！！
易错点
错误原因
正确辨析
误认为 PS Ⅰ 参与水
的光解，PS Ⅱ 参与
NADPH 形成。
对两者核心功能的逻辑关系理解
不清，未明确光反应中电子传递
的顺序（PS Ⅱ→电子传递链
→PS Ⅰ）。
PS Ⅱ 是光反应的 “启动者”，先吸收光能
完成水的光解；PS Ⅰ 后接收电子，主要负
责将电子传递给 NADP 生成
⁺
NADPH。
将强光下光合速率下
降都归因为暗反应
（如 CO 不足），忽
₂
略光抑制的存在。
未掌握光抑制的触发条件（光能
过剩），混淆 “底物限制”（暗
反应）与 “结构 / 功能损伤”
（光抑制）的本质差异。
若强光下补充 CO 后光合速率仍不提升，可
₂
能是光抑制导致；若补充 CO 后速率上升，
₂
则是暗反应（CO 不足）限制。
₂
认为天线色素也能将
光能转化为化学能，
或反应中心色素负责
吸收大量光能。
对两者在 “光能处理” 中的分
工理解错误。
天线色素仅负责 “吸收和传递” 光能（不
转化），且吸收的光能最终传递给反应中心
色素；反应中心色素仅少数（特殊叶绿素
a），负责 “转化” 光能为化学能（启动电
子传递）。
1．光合生物吸收过量光能会引起光抑制，即光合作用最大效率和速率降低。如图 1 为叶肉细胞进行光反
应过程的模式图，PS Ⅱ 反应中心是光抑制发生的主要部位。光合生物进化出了多种光保护机制，光呼
吸途径是一种重要的途径，其过程如图 2，请回答下列问题。
(1) 图 1 中 PS Ⅱ 和 PS Ⅰ 是由光合色素和蛋白质组成的复合物，位于叶绿体的______。自然界中某
些细菌如硫细菌进行光合作用时不产生氧气，推测此类细菌可能不具______(填 "PS Ⅰ" 或 "PS Ⅱ")。
据图可知，ATP 合酶合成 ATP 直接动力是______，光反应生成的 ATP 和 NADPH 为暗反应提供了
______。
(2) 强光照射往往会使环境温度升高，导致______，CO 供应不足，暗反应减慢，光反应产物
₂
ATP、
NADPH 在细胞中的含量______。由于 NADP 不足，导致电子积累，产生大量的活性氧，这些活性氧攻击
⁺
叶绿素和 PS Ⅱ 反应中心，从而损伤光合结构。
19
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(3) 图 2 中 Rubisco 是一种双功能酶，在光下它催化 RuBP (C ₅) 与 CO 的反应称为
₂
______，还能催
化 C 与
₅
O 反应产生
₂
CO 进行光呼吸。强光下，光呼吸增强，产生的
₂
C 和
₃
CO 可加快暗反应的进行，
₂
消耗 NADPH 增多，减缓______的不足，避免电子积累引起的光合结构损伤。
(4) 科研人员发现植物细胞内的呼吸链中存在由交替氧化酶 (AOX) 主导的交替呼吸途径，对植物抵抗
强光也具有重要意义。如图 3 表示 ATP 与呼吸链对光合作用相关反应的影响。
强光环境下，植物细胞通过 "草酰乙酸 / 苹果酸穿梭" 途径，可有效地将光照产生的______中的还原
能输出叶绿体，并最终在______(填场所) 通过 AOX 的作用将其中大部分能量以______形式散失，从而
有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。
答案：（1）类囊体膜 PS ⅡH+的顺浓度跨度运输 还原剂和能量
（2）气孔关闭 上升
（3）CO2的固定 NADP+
（4）NADPH 线粒体 热能
【解析】（1）图1 中PS Ⅱ和PS Ⅰ是由光合色素和蛋白质组成的复合物，主要完成光合作用的光反应，
位于叶绿体膜上。图中PS Ⅱ过程可以产生氧气，自然界中某些细菌和硫细菌进行光合作用时不产生氧
气，推测此类细菌可能不具有PS Ⅱ。据图可知，ATP 合酶合成ATP 直接动力是H+的顺浓度跨膜运输；
光反应生成的ATP 和NADPH 为暗反应C3化合物的还原提供了还原剂和能量。
（2）环境温度升高，导致气孔关闭，CO2供应不足，暗反应减慢，短时间内，光反应产物ATP、NADPH
利用减少，在细胞中的含量上升。
（3）C3和CO2的反应称为CO2的固定，强光下，光呼吸增强，产生的C3和CO2可加快暗反应的进行，消
耗NADPH 增多，产生更多的NADP+，减缓NADP+的不足，避免电子积累引起的光合结构损伤。
（4）由题图可知植物细胞通过“苹果酸草酰乙酸穿梭”途径，将过多的NADPH 中的还原能转移出叶绿
体，并最终在线粒体中，参与由交替氧化酶（AOX）主导的交替呼吸，将其中的能量转化为ATP 中的化
学能和热能，其中大部分能量以热能的形式散失，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。
2．下表为某地夏季晴朗的某天，玉米和花生净光合速率测定值。图1 表示玉米的CO2同化途径。玉米叶肉
细胞中有一种酶，通过系列反应将CO2“泵入”维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高的CO2，保证
卡尔文循环的顺利进行。这种酶被形象地称为“CO2泵”，而花生缺少“CO2泵”。回答下面的问题。
时间
光合速率（CO2mmol/m2·h）
玉米
花生
9:30
136.8
90.0
11;00
144.0
72.0
12:30
126.0
90.0
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14:00
108.0
79.2
15:30
90.0
64.8
17；00
54.4
54.1
（1）11:00 时，光照增加、温度过高，叶片气孔开度下降，作为光合原料之一的______削减，导致花
生光合作用速率明显下降，而此时玉米光合作用速率反而有所上升，缘由是_____________________。
（2）假如在玉米叶肉细胞中注入某种抑制剂使“CO2泵”的活性降低，则在短时间内，维管束鞘细胞
中ATP 的含量变更呈______趋势，缘由是___________________________________________________。
（3）与11:001 时相比，17:00 时，玉米光合作用速率的限制因素是_______________________。
（4）假设用表中11:001 对应的光照强度连续照耀两种作物10 分钟，则玉米积累的葡萄糖总量比花生
多__mg/m2。（相对原子量：C——12，O——16，H——1）
（5）卡尔文循环需要光反应过程产生的H+，H+最初来源于物质__________________。
（6）NH4
+能增加类囊体对H+的通透性，从而消退类囊体膜两侧的H+浓度差。若将NH4
+注入叶绿体基质，
下列过程会被抑制的是__________。
A.电子传递 B.ATP 的合成 C.NADPH 的合成 D.光能的吸收
【答案】（1）CO2 玉米内有CO2泵，在进入植物体的CO2削减的状况下，仍可维持细胞内较高的CO2浓
度，此时间光照增加，促进光合作用加强 （2）上升 此时卡尔文循环受阻，ATP 的消耗低，而光反
应产生不受影响 （3）光照强度 （4）360 （5）水 （6）B
【解析】（1）中午11：00 时，光照增强，温度过高，叶片气孔开放程度的下降，CO2 进入叶肉细胞受
阻，故CO2 减少，导致花生光合作用速率降低；而玉米内有CO2 泵，在进入植物内的CO2 减少的情况下，
仍可以维持细胞内较高的CO2 浓度；并且此时光照增强，促进光合作用加强．
（2）当注入抑制剂后，卡尔文循环（或暗反应、或C3 的还原）受阻，ATP 的消耗降低，而光反应产生
ATP 不受影响，故ATP 的含量呈上升趋势．
（3）与11：00 时相比，17：00 时，外界环境中光照强度较小，温度和CO2 浓度基本相同，故光合作
用速率受光照强度限制．
（4）从外界吸收的CO2 是植物积累的葡萄糖的量是相对应的，两者物质的量之比为1：6．由表可知每
小时每平方米玉米比花生吸收CO2 的物质的量为72mmol，所以在10 分钟内玉米多吸收CO212mmol，产
生的葡萄糖为2mmol，即360mg/m2．
（5）在光反应中，叶绿体利用光能将水分解为氧气和还原态的氢．
（6）光反应过程中，ATP 的中的能量来源于H+的电化学势能．本题中，注射NH4+后消除了膜内外的
H+的浓度差，电化学势能为零，所以无法合成ATP。
3．强光条件下,植物吸收的光能若超过光合作用的利用量,过剩的光能可导致植物光合作用强度下降,出现
光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制,将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理,如
表所示,其中试剂L 可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光
照射,实验结果如图所示。
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(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收,分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时,随层析液在滤纸上扩散速
度最快的色素主要吸收的光的颜色是________。
(2)强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,但氧气的产生速率继续增
加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加,可能的原因有____________、__________________(答出2
种原因即可);氧气的产生速率继续增加的原因是__________________________。
(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR 后光抑制________(填“增强”或“减弱”);乙组与丙组相比,
说明BR 可能通过__________________________发挥作用。
【答案】(1)蓝紫色 (2)NADPH、ATP 等的浓度不再增加 CO2的浓度有限(或其他合理答案,两空答案顺
序可颠倒) 光能的吸收速率继续增加,使水的光解速率继续增加 (3)减弱 促进光反应关键蛋白的合
成
【解析】(1)随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素,胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
(2)限制苹果幼苗光合作用暗反应速率的因素有多种,如CO2、NADPH、ATP 的浓度等;强光照射后短时间
内,光反应增强,O2产生速率增加。
(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR 后光合作用强度较高,说明BR 可减弱光抑制现象;与乙组(BR 处
理)相比,丙组(BR+L 处理)光合作用强度较低,由于试剂L 可抑制光反应关键蛋白的合成,因此可推测BR
可能通过促进光反应关键蛋白的合成来发挥作用。
考点03 光合电子传递链
1．光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气、H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH 的产生。
2．电子(e －)经过电子传递链：质体醌→细胞色素b6f 复合体→质体蓝素→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白
→NADPH。
3．电子传递过程是高电势到低电势(光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于光能的作用，从而逆电势传递，这是
一个吸能的过程)，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊
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体的基质侧泵入到囊腔侧，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。当然，光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进
行的水的光解产生质子(H＋)以及在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH 的过程，为建立质子浓度(电
化学)梯度也有所贡献。
4．类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP 合成酶顺浓度梯度流出，
而ATP 合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。
解题通法：“先判类型（循环/非循环），再定环节（PS Ⅰ/Ⅱ/ 酶）；电子流向上下游，产
物变化因果连；最后检查易错点，场所产物别混淆。”
1．先夯实 “光合电子传递链” 核心框架
光合电子传递链的本质是 “在类囊体膜上，通过光系统（PS Ⅰ、PS Ⅱ）吸收光能，驱动电子从供体
（水）向受体（NADP ）传递，同时偶联
⁺
ATP 合成”，分为非循环电子传递（主流路径）和循环电子传
递（辅助路径），二者的区别是解题的基础。
对比维
度
非循环电子传递（主要路径）
循环电子传递（辅助路径）
场所
类囊体膜（需 PS Ⅰ、PS Ⅱ、电子传递
体、ATP 合酶）
类囊体膜（仅需 PS Ⅰ、部分电子传递体、
ATP 合酶）
光系统
参与
PS Ⅰ（吸收 700nm 光）+ PS Ⅱ（吸收
680nm 光）
仅 PS Ⅰ（无 PS Ⅱ 参与）
电子供
体
最终供体：H ₂ O（PS Ⅱ 分解水释放电
子）
电子来自 PS Ⅰ 的反应中心（电子传递后
循环回 PS Ⅰ）
电子受
体
最终受体：NADP （生成
⁺
NADPH）
无外源受体（电子循环，不生成 NADPH）
产物
O （水分解产生）、
₂
NADPH、ATP
仅 ATP（无 O 、无
₂
NADPH）
能量变
化
光能→电能→化学能（储存在 NADPH 和
ATP 中）
光能→电能→化学能（仅储存在 ATP 中）
功能意
义
为暗反应提供 “ATP（能量）+ NADPH
（还原剂）”
当暗反应中 ATP 不足、NADPH 过量时，补
充 ATP
2．解题四步通法
题型虽多（过程分析、物质推断、能量计算、实验分析等），但均遵循 “定位考点→调用框架→推导
逻辑→验证易错” 的流程，具体步骤如下：
①审题定位 —— 明确题型与核心考点
先读题干 / 选项，判断题目考查的是 “传递类型判断”“物质变化分析”“能量计算” 还是 “影响
因素（如光照、抑制剂）分析”，圈出关键信息（如 “是否产生 O ”“是否生成
₂
NADPH”“ATP 变
化” 等）。
常见题型定位示例：
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若题干出现 “某过程不产生 NADPH，但产生 ATP”→ 定位 “循环电子传递”；
若题干出现 “水分解”“释放 O ”→ 定位 “非循环电子传递”；
₂
若题干出现 “抑制剂阻断 PS Ⅱ 功能”→ 定位 “非循环传递受阻，产物变化（O 、
₂
NADPH、ATP 均
减少）”。
②调用核心 —— 关联 “传递链框架” 与考点
根据第一步定位的考点，调取 “核心知识对比表” 中的对应内容，明确该路径下的 “电子流向、物
质生成、能量转化” 规律：
非循环路径：电子流向为 H ₂ O → PS Ⅱ → 电子传递体 → PS Ⅰ → 电子传递体 → NADP （同时偶
⁺
联 ATP 合成）；
循环路径：电子流向为 PS Ⅰ → 电子传递体 → PS Ⅰ（仅偶联 ATP 合成，无 NADPH 和 O ）。
₂
③分析推导 —— 结合 “因果逻辑” 推导答案
根据 “电子传递→物质变化→能量变化” 的因果关系，逐步推导：
电子传递受阻的影响：若某环节（如 PS Ⅱ、电子传递体）被抑制，上游电子无法传递，下游产物会减
少；例：抑制剂阻断 PS Ⅱ→电子无法从水传递到后续环节→O 生成停止、
₂
NADPH 无法合成、ATP 合成
减少（仅循环路径可能补偿少量 ATP）。
A.物质比例的计算：非循环路径中，每分解 1 分子 H ₂ O（产生 2 个电子），生成 1 分子 NADPH 和
1 分子 ATP（高中阶段简化比例，培优可补充：实际每 4 个电子生成 2 个 NADPH 和 3 个 ATP，但
题目多按 1:1 或 2:3 给条件）；例：若产生 4mol O （对应分解
₂
4mol H ₂ O，释放 8mol 电子），则
非循环路径中 NADPH 生成 4mol，ATP 生成 4~6mol（根据题目给定比例计算）。
B.影响因素的分析：光照强度（影响光系统激活）、CO 浓度（间接影响：暗反应消耗
₂
ATP/NADPH，若
CO 不足，二者积累会反馈抑制电子传递）、温度（影响酶活性，如
₂
ATP 合酶）。
C.：验证避坑 —— 检查 “易错点” 排除干扰
3．高频考点突破
考点 1：“传递类型判断” 题（最基础，也是其他题型的前提）.解题技巧：抓 “3 个关键标志”
关键标志
非循环电子传递
循环电子传递
1. 是否产生 O ₂
是（水分解）
否
2. 是否产生 NADPH
是（NADP 还原）
⁺
否
3. 是否需要 PS Ⅱ
是
否
【典例1】（2023·山东，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PS Ⅱ复合体
（PS Ⅱ）造成损伤，使PS Ⅱ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PS Ⅱ的损伤。已知拟南芥的H 蛋白有2 个功能：①修复损
伤的PS Ⅱ；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PS Ⅱ均造
成了损伤。
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(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PS Ⅱ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 突变体PS Ⅱ系统光损伤小但不能修复，野生型光PS Ⅱ系统损伤大但能修复
(3)少 突变体NPQ 高，PS Ⅱ系统损伤小，虽然损伤不能修复，但是PS Ⅱ活性高，光反应产物多
【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PS Ⅱ复合
体造成损伤。但是野生型含有H 蛋白，能对损伤后的PS Ⅱ进行修复，故不能确定强光照射下突变体与
野生型的PS Ⅱ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PS Ⅱ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。
【典例2】（2022·山东，21）强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致
植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯（BR）对光抑制的影响机制，将长势相
同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L 可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温
度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。
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(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析，液在滤纸上扩
散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是______。
(2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续
增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有______、______（答出2 种原因即可）；
氧气的产生速率继续增加的原因是______。
(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR 后光抑制______（填“增强”或“减弱”）；乙组与丙组相比，
说明BR 可能通过______发挥作用。
【答案】(1)蓝紫
(2)五碳化合物供应不足 CO2供应不足 强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生
氧气的速率增强
(3)减弱 促进光反应关键蛋白的合成
【解析】（1）苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素，其中胡萝卜素
在层析液中溶解度最大，故色素分离时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素，主要吸
收蓝紫光。
（2）影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2 的含量，温度等；其内部因素有酶的活性、色素的数
量、五碳化合物的含量等。强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，
可能的原因有五碳化合物供应不足、CO2 供应不足；氧气的产生速率继续增加的原因是强光照射后短时
间内，光反应速率增强，水光解产生氧气的速率增强。
（3）据图分析，与甲组相比，乙组加入BR 后光合作用强度较高，说明加入BR 后光抑制减弱；乙组用
BR 处理，丙组用BR 和试剂L 处理，与乙组相比，丙组光合作用强度较低，由于试剂L 可抑制光反应关
键蛋白的合成，说明BR 可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用的。
【典例3】（2021·山东，21）光照条件下，叶肉细胞中 O2与 CO2 竞争性结合 C5，O2与 C5结合后经一系
列反应释放 CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 S oBS 溶液，相应的光
合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的 CO2量表示，SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用
的影响忽略不计。
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（1）光呼吸中 C5与 O2结合的反应发生在叶绿体的____________中。正常进行光合作用的水稻，突然
停止光照，叶片 CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是___。
（2）与未喷施 SoBS 溶液相比，喷施 100mg/L SoBS 溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的
光照强度________(填：“高”或“低”)，据表分析，原因是____。
（3）光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为
探究 SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在____mg/L 之间再设置多个浓度梯度进一步
进行实验。
【答案】 基质 光照停止，光合作用吸收二氧化碳减少，但呼吸作用和光呼吸短时间内正常
进行，导致二氧化碳释放量增加 低 喷施 SoBS 溶液后，光合作用固定的CO2 增加，光呼吸释
放的CO2 减少，即叶片光照下CO2 吸收量增加，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等 100～
300
【解析】（1）C5位于叶绿体基质中，则O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照，光合
作用吸收二氧化碳减少，但呼吸作用和光呼吸短时间内正常进行，导致二氧化碳释放量增加，随后光
呼吸停止，使二氧化碳释放量降低。
（2）叶片光下吸收和黑暗中释放CO2 量相等时所需的光照强度即为光补偿点，与对照相比，喷施
100mg/L SoBS 溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片光照下CO2吸收量增加
此时，在更低的光照强度下，两者即可相等。
（3）光呼吸会消耗有机物，但光呼吸会释放CO2，补充光合作用的原料，适当抑制光呼吸可以增加作
物产量，由表可知，在 SoBS 溶液浓度为200mg/L SoBS 时光合作用强度与光呼吸强度差值最大，即光合
产量最大，为了进一步探究最适喷施浓度，应在100～300mg/L 之间再设置多个浓度梯度进一步进行实
验。
1．小麦是我国最主要的粮食作物之一，其产量直接关系到国家粮食安全。根据下面的材料回答问题。
材料一：小麦的光反应过程包括多个反应，其中最重要的是发生在两种叶绿素蛋白质复合体（称为光
系统Ⅰ和光系统Ⅱ）中的电子被光激发的反应，如图所示。
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(1)据图可知，光系统Ⅱ中，光使叶绿素中的一个电子由低能状态激发到高能状态，这个高能电子随后
丢失能量而进入光系统Ⅰ，光系统Ⅱ中丢失的电子由_____中的电子补充；光系统Ⅰ中也有高能电子，
其作用是形成_____。
材料二：当光照过强，小麦吸收的光能超过植物所需时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。
强光条件下，气孔关闭，叶肉细胞内因NADP+不足、O2浓度过高，会生成一系列光有毒产物，若这些
物质不能及时清理，会攻击叶绿素和光系统Ⅱ中的D₁ 蛋白，从而损伤光合结构。
(2)强光条件下，叶肉细胞O2浓度过高，分析可能的原因_____。
(3)研究发现，Ca2+能够缓解因强光引起的D1蛋白含量下降。请以小麦为实验材料设计实验验证该结论，
请写出实验思路和预期结果_____。
【答案】(1)H2O NADPH
(2)光照增强，水的光解产生更多的O2，气孔关闭，叶肉细胞释放的O2 量减少
(3)将生长状况相同的小麦均分成三组，分别在过强光照（甲组）、强光照加Ca2+处理（乙组）和适宜
光照（丙组）三种条件下培养，其他条件相同且适宜，培养一段时间后，检测各组D1 蛋白含量。若实
验结果为D 蛋白含量：丙组
₁
>乙组>甲组即可证明
【解析】（1）据图可知，这个高能电子丢失的能量转化为ATP 分子中的能量，光系统Ⅱ中丢失的电子
由H2O 分子中的电子补充；光系统Ⅰ中的能量变化为光能（→电能）→NADPH 中的化学能。
（2）光照增强，水的光解产生更多的O2，气孔关闭，叶肉细胞释放的O2 量减少，叶肉细胞O2 浓度过
高。
（3）将生长状况相同的小麦均分成三组，分别在过强光照（甲组）、强光照加Ca2+处理（乙组）和适
宜光照（丙组）三种条件下培养，其他条件相同且适宜，培养一段时间后，检测各组D1 蛋白含量。若
实验结果为D 蛋白含量：丙组
₁
>乙组>甲组即可证明。
2．水稻是重要的粮食作物，我国稻作区大多会遭遇不同程度的冷害。研究者利用水稻相关突变体开展研
究。
(1)将突变体水稻ospus1 置于低温下种植，出现叶绿体发育缺陷、叶片白化现象。白化苗中位于_______
膜上的光合色素缺少，直接影响了光合作用的________反应。
(2)研究者发现，活性氧（ROS）的积累是引起突变体ospus1 低温白化表型的原因，在突变体中导入ROS
清除酶的基因。实验结果为_____________时，支持上述结论。
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(3)研究者欲寻找突变体ospusl 的抑制因子，进一步研究水稻耐冷的机理。请选取合适选项，以呈现科
学家获得抑制因子的研究思路______________。
a.建立针对突变体ospusl 的诱变库
b.建立针对野生型的诱变库
c.筛选低温下表型为绿色的幼苗
d.筛选低温下表型为白色的幼苗
e.筛选正常温度下表型为绿色的幼苗
f.获取抑制因子对应的基因并进行克隆
(4)后续实验发现该抑制因子编码一种定位在线粒体的SOP10 蛋白，此蛋白可以影响线粒体内膜的电子
传递链复合物Ⅰ的合成。
①有氧呼吸第三阶段中，NADH 经电子传递链复合物释放电子和H⁺，最终与______结合生成水并合成
ATP。与此同时，该过程也是细胞内ROS 的主要来源。
②nad 基因编码的蛋白质是复合物Ⅰ的重要组分。为进一步研究SOP10 的作用机理，研究者在低温条
件下开展进一步实验，结果如图1、2 所示。结果表明_________。
注：内参蛋白：一般是指管家基因编码表达的蛋白，它们在各个组织和细胞中的表达相对恒定，在检
测蛋白的表达水平变化时常用它来做参照。
③请综合以上研究，解释突变体ospusl sop10 耐冷的机制是__________。
【答案】(1)叶绿体类囊体薄膜 光
(2)导入ROS 清除酶基因的突变体在低温下表现为绿叶
(3)acf
(4)氧气 sop10 通过促进nad 基因的转录，进而促进nad 蛋白的合成 突变体ospus1 的ROS 含
量增加，而在ospus1sop10 突变体中，SOP10 基因突变后，电子传递链复合物I 的合成减少，使细胞中
的ROS 水平降低，低温下表型正常
【解析】（1）真核细胞中光合色素分布于叶绿体类囊体薄膜，白化苗因叶绿体中缺乏光合色素而表现
为叶片白化的现象，导致其缺乏吸收、传递和转化光能的能力，直接影响了光合作用的光反应阶段。
（2）突变体中导入ROS 清除酶的基因，表达产物ROS 清除酶能分解ROS，突变体ospus1 低温白化表型
消失，表现为绿叶。
（3）欲寻找突变体ospus1 的抑制因子，则应先建立针对突变体ospus1 的诱变库，从中获取具有不同
诱变结果的突变体ospus1，从中筛选低温下表型为绿色的幼苗，再从具有耐冷性状的植株体内获取抑
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制因子对应的基因并进行克隆，acf 正确，bde 错误。
故选acf。
（4）①真核生物有氧呼吸第三阶段发生于线粒体内膜，有氧呼吸第一阶段与有氧呼吸第二阶段产生的
NADH 与氧气发生反应，生成水，释放大量能量，其中大部分能量以热能的形式散失，少部分能量参与
合成ATP。
②由实验结果可知，ospus1 sop10 突变体植株内nad 基因的相对表达量明显降低，导致nad 蛋白含量明
显减少，故sop10 通过促进nad 基因的转录，进而促进nad 蛋白的合成，突变体ospusl sop10 植株体
内nad 蛋白含量明显减少，而nad 基因编码的蛋白质是复合物Ⅰ的重要组分，会导致线粒体内膜的电子
传递链复合物Ⅰ的合成量减少，细胞内ROS 的来源减少，使细胞中的ROS 水平降低，低温下表型正常。
3．苹果是重要的经济植物，光抑制现象（光照强度超过植物光合作用所能利用的限度，使光合效率下降
的现象）严重影响了其光合作用效率，科研人员开展了相关研究。请回答下列问题。
(1)光合电子传递链主要由光系统I(PSH)、质体醌（PQ）、细胞色素b。f 和光系统I(PSI）等复合体组成。
植物体内存在线性电子传递和环式电子传递，过程如图。环式电子传递是植物进化出的光保护机制之
一，此过程仅产生ATP 不产生NADPH。
①光系统I(PSI）和光系统I(PSH）位于叶绿体的___结构上，作用是______________。
②线性电子传递链中，PSH 和PSI 共同受光的激发，PSH 从______________中夺取e，最终将e 传递给
_______________。在e 的传递过程中，通过PQ 与PQH2 的循环转化，将H+转运至类囊体腔中，H+再顺
浓度梯度流经______________，推动ATP 的合成。在类囊体薄膜上，光能最终被转化为
_______________。
③过强的光照导致叶绿体中过剩的e 以O2作为最终受体，产生O2和H2O2损伤类囊体薄膜。强光会激活
由______________（填“PSI”或“PSH”）推动的环式电子传递途径，一方面消耗过剩光能，减少O2和
H2O2的产生；另一方面，因PQH2 转化成PQ 产生H+,H+仍能形成跨膜质子梯度，从而使光反应产生的
ATP/NADPH 的比值______________（选填：上升/下降/不变），最终起到光保护作用。
(2)科研人员推测油菜素内酯（BR）可能通过促进光反应关键蛋白的合成，进而减弱光抑制。已知试剂L
可抑制光反应关键蛋白的合成，请完善下表。
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实验步骤的目的
简要操作过程
选择实验材料并分组
将生长状况一致的苹果幼苗栽于多个塑料盆，随机均分成甲、
乙、丙三组
设置对照组
对甲组叶片每天定时喷洒适量①____：
设置探究BR 功能的实
验组
对乙组叶片每天定时喷洒等量BR 溶液，对丙组叶片②_____
测定相关指标，减少叶
片差异产生的实验误差
取若干健康成熟叶片置于相应溶液中在自然光下蒸腾过夜，
24h 后每组随机取6 片叶片置于强光下处理3h，期间测定光合
作用强度。实验组和对照组均要随机测定③______
处理实验数据预期实验
结果
若科研人员的推测是正确的，请根据图甲、丙两组曲线，预期
乙组结果，并在答题纸相应位置绘制曲线④_______
【答案】(1)类囊体 吸收利用光能，并进行电子传递 H2O NADP+ ATP 合酶
（ATP 和NADPH 中）活跃的化学能 PSI 上升
(2) 蒸馏水（或清水） 每天定时喷洒等量BR+L 溶液 （多株苹果植株）多片叶片
【解析】（1）①光系统I(PSI）和光系统I(PSH）位于叶绿体的类囊体薄膜上，作用是吸收利用光能，
并进行电子传递。
②在线性电子传递链中，PSII 从水（H2O）中获取e-，因为水在光下会发生光解，产生氧气、H+和电
子（e-），最终将e-传递给NADP+，e-与H+结合形成NADPH，在e-的传递过程中，H+再顺浓度梯度流
经ATP 合酶，推动ATP 的合成。在类囊体薄膜上，光能最终被转化为ATP 和NADPH 中活跃的化学能；
③强光会激活由PSI 推动的环式电子传递途径。因为PSI 在光抑制现象中有重要作用。环式电子传递过
程中，因电子传递过程产生H+，由于环式电子传递增加了H+的产生，更多的H+形成跨膜质子梯度，推
动ATP 合成，而NADPH 的合成不变，所以光反应产生的\ATP 与\NADPH 的比值上升，最终起到光保护作
用；
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（2）因为甲组为对照组，且乙组是喷洒BR 溶液探究其功能，丙组是用试剂L 抑制光反应关键蛋白合成，
所以甲组应该喷洒等量的蒸馏水，这样可以排除其他因素对实验结果的干扰；
丙组是用试剂L 抑制光反应关键蛋白合成，所以对丙组叶片每天定时喷洒等量试剂BR+L 溶液；
为了减少实验误差，实验组和对照组均要进行多次测定，这里每组随机取6 片叶片进行测定（（多株
苹果植株）多片叶片），是为了通过多次测量取平均值的方法来减少误差。
1．下图表示植物叶肉细胞叶绿体的类囊体膜上发生的部分代谢过程，其中运输H＋的载体蛋白有两种类型，
从而实现H＋在膜两侧间的穿梭。下列分析不正确的是( )
A．图中过程产生了O2、ATP 和NADPH 等
B．H＋可由叶绿体基质进入类囊体腔，该过程属于主动运输，但消耗的能量不是由ATP 提供的
C．通过类囊体膜转运H＋的两种机制不相同
D．据图分析，O2产生后扩散到细胞外共需要穿过3 层生物膜
【答案】 D
【解析】图示过程为光合作用的光反应阶段，发生在类囊体膜上，该过程产生了O2、ATP 和NADPH 等，
A 正确；图中在类囊体膜上H＋的顺浓度梯度的推动下促进了ATP 的合成，显然H＋由叶绿体基质进入类
囊体腔是逆浓度梯度进行的，属于主动运输，B 正确；通过类囊体膜转运H＋的两种机制不相同，H＋进
入类囊体腔是逆浓度进入的，属于主动运输，而从类囊体腔转运出去是通过协助扩散完成的，C 正确；
O2在类囊体腔中产生，首先需要穿过类囊体膜达到叶绿体基质中，再穿过叶绿体的两层膜结构到达细
胞质基质中，再穿过细胞膜到达细胞外，该过程穿过了4 层生物膜，D 错误。
2．若某抑制剂特异性抑制 NADP 还原酶（催化
⁺
NAD →
⁺
NADPH），则光反应中会出现（ ）
A. O 生成停止
₂
B. ATP 合成停止 C. NADPH 积累 D. 电子传递受阻
【答案】D
【解析】阻断环节：NADP 还原酶→下游无法接受电子（
⁺
NADPH 无法生成）；上游：电子传递链中电子
无法传递到 NADP ，导致电子传递受阻（
⁺
D 正确）；产物变化：O 生成不受直接影响（
₂
PS Ⅱ 仍能分解
水释放电子，A 错误）；ATP 合成暂时可进行（电子传递的梯度仍在，B 错误）；NADPH 无法生成，不
会积累（C 错误）。
3．当环境中 CO 浓度突然升高时，植物光合电子传递链的变化是（ ）
₂
A. 循环传递增强 B. 非循环传递增强 C. O 生成减少
₂
D. ATP 合成减少
【答案】B
【解析】CO 升高→暗反应中
₂
C 生成增多→需要更多
₃
ATP 和 NADPH；非循环传递是产生二者的主要路
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径，因此非循环传递增强（B 正确）；循环传递无需增强（ATP 需求可通过非循环满足，A 错误）；
O 生成随非循环增强而增多（
₂
C 错误）；ATP 合成增多（D 错误）。
4．下列关于光系统与电子传递的叙述，错误的是（ ）
A. PS Ⅱ 的放氧复合体参与水光解，释放 O 和
₂
H⁺
B. 环式电子传递可单独为暗反应提供 ATP
C. 质体醌通过传递电子驱动 H 跨类囊体膜运输
⁺
D. NADPH 的生成依赖 PS Ⅰ 和 PS Ⅱ 的协同作用
【答案】B
【解析】环式电子传递仅涉及 PS Ⅰ，产生的 ATP 可辅助暗反应，但暗反应还需 NADPH，故 “单独提
供” 错误（考点：电子传递途径功能差异，对应核心考点二）。为研究铁氰化钾对光抑制的解除作用
某小组测定了强光下水稻叶片的光合指标，结果如图（Pn：净光合速率；Fv/Fm：PS Ⅱ 活性）：
5．下列关于光呼吸的叙述，正确的是（ ）
A. 光呼吸增强时，卡尔文循环中 C 的再生速率下降
₅
B. 线粒体中甘氨酸转化为丝氨酸时释放 CO ，需消耗
₂
NADH
C. 热胁迫下 H ₂ O 通过抑制
₂
PGLP1 酶活性增强光呼吸，提高植物耐热性
D. 用 ¹⁸ O 标记 O ，光呼吸产生的
₂
CO 中可检测到放射性
₂
【答案】AD
【解析】B 项线粒体中光呼吸不消耗 NADH；C 项 H ₂ O 抑制
₂
PGLP1 会减弱光呼吸；AD 符合光呼吸过
程特点。
6．(2021·湖南，18)图a 为叶绿体的结构示意图，图b 为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简
化示意图。回答下列问题：
(1)图b 表示图a 中的________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，
最终转化为________和ATP 中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体
NADP＋减少，则图b 中电子传递速率会________(填“加快”或“减慢”)。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4 种结构完整性不同的
叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy 或DCIP 替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应
速率，实验结果如表所示。
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叶绿体类型
相对值
实验
项目
叶绿体
A：双层
膜结构完
整
叶绿体B：双
层膜局部受
损，类囊体略
有损伤
叶绿体C：双
层膜瓦解，类
囊体松散但未
断裂
叶绿体D：所有
膜结构解体破裂
成颗粒或片段
实验一：以Fecy 为电
子受体时的放氧量
100
167.0
425.1
281.3
实验二：以DCIP 为电
子受体时的放氧量
100
106.7
471.1
109.6
注：Fecy 具有亲水性，DCIP 具有亲脂性。
据此分析：
①叶绿体A 和叶绿体B 的实验结果表明，叶绿体双层膜对以__________(填“Fecy”或“DCIP”)为电
子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是_____________。
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于
____________________，从而提高光反应速率。
③以DCIP 为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C 和D 的ATP 产生效率的相对值分别为1、0.66、
0.58 和0.41。结合图b 对实验结果进行解释：____________________________。
【答案】 (1)类囊体膜 NADPH 减慢 (2)①Fecy 实验一中叶绿体B 双层膜局部受损时，以Fecy
为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B 双层膜局部受损时，以DCIP 为电子受
体的放氧量与双层膜完整时无明显差异，可推知叶绿体双层膜对以Fecy 为电子受体的光反应有明显阻
碍作用 ②类囊体上的色素吸收、转化光能 ③ATP 的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度
梯度通过类囊体膜上的ATP 合酶，叶绿体A、B、C、D 类囊体膜的受损程度依次增大，因此ATP 的产生
效率逐渐降低
【解析】(1)光反应发生在叶绿体的类囊体的薄膜上，即图b 表示图a 的类囊体膜，光反应过程中，色
素吸收的光能最终转化为ATP 和NADPH 中活跃的化学能，若二氧化碳浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿
体中电子受体NADP＋减少，则图b 中的电子去路受阻，电子传递速率会减慢。
(2)②在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下，更有利于类囊体上的色素吸收、转化光能，从而提高光
反应速率，所以该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C。③根据图b 可知，ATP 的合成依赖于水光解
的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP 合酶，叶绿体A、B、C、D 类囊体膜的受损程
度依次增大，因此ATP 的产生效率逐渐降低。
7．在许多植物中，花的开放对于成功授粉至关重要，部分植物的花能够反复开合，主要是相关细胞膨压，
即原生质体对细胞壁的压力变化引起的。龙胆花在处于低温（16℃）下30min 内发生闭合而在转移至
正常生长温度（22℃）、光照条件下30min 内重新开放，这与花冠近轴表皮细胞膨压变化有关，水通
道蛋白在该过程中发挥了重要作用（水通道蛋白磷酸化后运输水的活性增强），其相关机理如图所示。
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(1)水分子进出龙胆花花冠近轴表皮细胞的运输方式除图所示方式外还有_____。
(2)据图分析，囊泡通过膜融合将水通道蛋白转移到细胞膜，体现了细胞膜的_____特点。蛋白激酶
GsCPK16 使水通道蛋白磷酸化_____（填“会”或“不会”）引起水通道蛋白构象的改变。
(3)据图分析，龙胆花由低温转正常温度、光照条件下重新开放的机理是：一方面温度升高促使囊泡上
的水通道蛋白去磷酸化后转移至细胞膜，另一方面光照_____，进而激活蛋白激酶GsCPK16，使水通道
蛋白磷酸化，运输水的活性增强，膨压_____，花朵重新开放。
(4)结合上述信息，对种植龙胆花的花农提出一条提高授粉成功率的建议：_____。
【答案】(1)自由扩散
(2) （具有一定的）流动性 会
(3)促进Ca2+运输至细胞内 增大
(4)在龙胆花的授粉期要维持种植环境的正常温度和充足光照，确保花的开放
【解析】（1）由图可知，水分子进出龙胆花花冠近轴表皮细胞需要水通道蛋白，这种运输方式为协助
扩散，另一种不需要水通道蛋白，这种运输方式为自由扩散。
（2）据图分析，囊泡通过膜融合将水通道蛋白转移到细胞膜，体现了细胞膜的流动性特点。磷酸化会
造成蛋白质空间构象发生改变，故蛋白激酶GsCPK16 使水通道蛋白磷酸化会引起水通道蛋白构象的改
变。
（3）龙胆花由低温转正常温度、光照条件下，一方面温度升高促使囊泡上的水通道蛋白去磷酸化后转
移至细胞膜，另一方面光照促进Ca2+运输至细胞内，激活蛋白激酶GsCPK16，使水通道蛋白磷酸化，
运输水的活性增强，膨压增大，花朵重新开放。
（4）结合上述信息，对种植龙胆花的花农提出一条提高授粉成功率的建议：在龙胆花的授粉期要维持
种植环境的正常温度和充足光照，确保花的开放。
8．RuBP 羧化/加氧酶是光合作用中常用的一种双功能酶，在该酶的催化作用下，C5与O2结合发生光呼吸，
或C5与CO2结合发生光合作用暗反应(如图1)。两种反应比例取决于细胞质基质中O2与CO2的相对含量。
图2 是科学家在适宜光照条件下，测量得到的植物甲(低光呼吸植物)和植物乙(高光呼吸植物)在不同CO2
条件下总光合速率与温度的关系。
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(1)由图1 可知光呼吸和卡尔文循环都能利用的物质除了 C5 还有____________，所填物质产生的场所
是_________。
(2)叶肉细胞中消耗O2 的场所有_______________，卡尔文循环中CO2 中碳元素的转移途径是
______________(用文字和箭头表示)。
(3)据图2 分析，在大气CO2浓度条件下，40℃时限制甲、乙两种植物光合速率的主要环境因素分别是
____________；已知植物乙光合的最适温度是 45 ℃，CO2浓度不影响光合相关酶的活性，请结合光呼
吸和卡尔文循环，解释在正常大气 CO2浓度下、温度从40℃升高到光合作用最适温度的过程中，植物
乙总光合作用速率不升反降的原因是_______________。
【答案】(1)NADPH、ATP 叶绿体的类囊体薄膜
(2)线粒体、叶绿体
(3)温度、CO2 浓度 温度升高，气孔关闭，使细胞内的O2/CO2 上升，光呼吸增强，暗反应减弱，使
光合作用降低的效果超过了温度上升对酶活性促进作用，因此光合速率不升反降
【解析】（1）根据图1，光呼吸和卡尔文循环都能利用的物质除了 C5 还有NADPH、ATP，产生NADPH
和ATP 的场所是叶绿体的类囊体薄膜。
（2）叶肉细胞中既可以进行有氧呼吸又可以进行光呼吸，有氧呼吸中消耗氧气的场所是线粒体内膜，
光呼吸中消耗氧气的场所是叶绿体基质。卡尔文循环中CO2 中碳元素先经CO2 的固定过程固定到C3
中，再经过C3 的还原过程转移到碳水化合物中，用文字和箭头可表示为
。
（3）根据图2，40℃时，甲在正常大气CO2 浓度和高CO2 浓度的光合速率相同，但都低于45℃时甲
的光合速率；乙在正常大气CO2 浓度下的光合速率远低于在高CO2 浓度的光合速率，所以在大气
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CO2 浓度条件下，40℃时限制甲、乙两种植物光合速率的主要环境因素分别是温度、CO2 浓度。由于植
物乙光合最适温度是45℃，温度从40℃上升到45℃过程中，光合作用酶的活性上升，但同时温度升高，
气孔关闭，使细胞内O2/CO2 上升，光呼吸加强，暗反应减弱，进而导致光合速率降低，其效果超过了
酶活性上升的影响，因此表现为光合速率不升反降。
9．高等植物的Rubisco 酶具有“两面性”，当CO2浓度较高时，该酶催化C5与CO2反应，完成光合作用，
当O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2，这种植物在光
下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。光呼吸的过程如图1 所示。光呼吸和光合作用这两种反应的比
例取决于CO2和O2的相对含量。研究人员探究了弱光和强光条件下光呼吸产生的CO2被光合作用重新利
用的比例（P 值），结果如图2 所示，回答下列问题：
(1)高等植物叶肉细胞中的Rubisco 酶分布在____________，Rubisco 酶催化C5和CO2结合产生C3化合物
的过程称为____________。
(2)探究弱光和强光条件下光呼吸产生的CO2被光合作用重新利用的比例时，需对光呼吸产生的CO2 进
行追踪，可采用的方法是____________。分析图2 可知，弱光下光呼吸产生的CO2 被光合作用重新利
用的比例低，此时限制光合作用的主要环境因素是____________，强光下光呼吸产生的CO2 被光合作
用重新利用的比例显著提高，试阐述其原因____________。
(3)乙醇酸分布在叶绿体中，可通过叶绿体膜上的转运载体运输到细胞质中参与光呼吸过程。科学家通
过转基因技术成功将GOC 支路导入水稻并定位至叶绿体中，构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC 支
路。该支路可以使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被完全分解为CO2，从而______（填“促
进”或“抑制”）光呼吸过程。
【答案】(1) 叶绿体基质 CO2 的固定（或暗反应中CO2 的固定）
(2)同位素标记法 光照强度 强光下光合作用速率高，释放的O2 增多，促进光呼吸过程，且
强光下，气孔关闭，从外界吸收的CO2 减少，因此强光下光呼吸产生的CO2 被光合作用重新利用的比例
显著提高
(3)抑制
【解析】（1）RubIsco 酶参与光合作用的暗反应和光呼吸，暗反应发生在叶绿体基质，因此该酶分布
于叶绿体基质。光合作用中，RubIsco 酶催化C5 与CO2 结合生成C3 的过程是暗反应的核心步骤，称为
CO2 的固定。
（2）追踪物质的去向可采用同位素标记法，如用14C 标记光呼吸产生的CO2 观察其是否被光合作用利
用。弱光条件下，P 值低，说明光呼吸产生的CO2 利用率低，此时限制光合作用的主要因素是光照强度。
强光下光合作用速率高，释放的O2 增多，促进光呼吸过程，且强光下，气孔关闭，从外界吸收的CO2
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减少，因此强光下光呼吸产生的CO2 被光合作用重新利用的比例显著提高。
（3）GOC 支路使乙醇酸在叶绿体内直接分解为CO2，避免了乙醇酸运输到细胞质及后续线粒体中的过
程，从而抑制光呼吸路径。
10．植物的光合作用依赖光照，但光能超过光合系统所能利用的能量时，光合器官可能遭到破坏，该现象
称为光抑制。光呼吸能利用部分有机物，在吸收O2放出CO2的同时消耗多余光能，对光合器官起保护
作用。光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照、高氧和低二氧化碳情况下发生的一个生化过程，见
下图（Rubisco 表示1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶）。回答下列问题。
(1)图示卡尔文循环发生在________________（具体场所）；C3生成糖类的过程中NADPH 的作用是
______________________；若突然停止光照，C5的含量将_____________（填“增加”“不变”或
“减少”）。
(2)据图可知，Rubisco 既可催化_____________与C5结合，生成C3；又能催化_____________与C5结合，
生成C3和乙醇酸（C2）。强光下，叶肉细胞的光呼吸会增强，原因是__________________。
(3)与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”。据图分析，请写出光呼吸和暗呼吸的相
同点________________________。
【答案】(1)叶绿体基质 作为还原剂和提供能量 减少
(2)CO2 O2 叶肉细胞内O2 浓度升高，CO2 浓度降低，Rubisco 更倾向于催化C5 与O2 发生反
应
(3)都是利用O2，分解有机物，释放CO2
【解析】（1）光合作用的暗反应又称卡尔文循环，在叶绿体基质中完成CO2 固定和C3 的还原，C3 的
还原过程中NADPH 的作用是作为还原剂和提供能量。若突然停止光照，CO2 固定速率不变，C3 的还原
受阻，故C5 的含量将减少。
（2）Rubisco 酶能催化CO2 与C5 结合生成C3 进行羧化反应，又能催化O2 与C5 结合生成C3 和C2 进
行加氧反应，借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成的消耗能量的反应。强光下，叶肉细胞的光
呼吸会增强，叶肉细胞内O2 浓度升高，CO2 浓度降低，Rubisco 更倾向于催化C5 与O2 发生反应。
（3）细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量
并生成ATP 的过程。光呼吸是细胞在Rubisco 酶的催化下，消耗O2，生成CO2，借助叶绿体、线粒体
等多种细胞器共同完成的消耗能量的反应。光呼吸和暗呼吸都是利用O2，分解有机物，释放CO2。
11．图甲表示A、B 两种植物光合作用效率随光照强度改变的变化曲线；图乙表示将A 植物放在不同浓度
CO2环境条件下，真正光合速率受光照强度影响的变化曲线。请据图回答：
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(1)图甲中，在c 点时产生ATP 的场所有_______。b 点时叶肉细胞光合作用强度_______（填“大于”
“小于”或“等于”）呼吸作用强度。
(2)图乙中，在e 点时，叶绿体中ADP 的移动方向是从_____移向_____；d 点条件变为e 点条件时，叶
肉细胞中C3的含量短时间内_______（填“升高”“降低”或“基本一致”）。
(3)在强光条件下，叶肉细胞气孔关闭使CO2吸收受阻，此时过高的O2会在R 酶的作用下氧化C5，生成
CO2，被称为光呼吸，研究人员通过研究光呼吸拟通过在植物体内构建人工代谢途径进一步提高植物
的固碳能力。光呼吸与光合作用相伴发生，其过程如图所示：
已知R 酶具有双重催化功能，既可催化CO2与C5结合，生成C3；又能催化O2与C5结合，生成C3和乙
醇酸（C2）。实际生产中，可以通过适当升高CO2浓度达到增产的目的，请从光合作用原理和R 酶的
作用特点两个方面解释其原理：________。
【答案】(1)细胞质基质、线粒体、叶绿体 大于
(2)叶绿体基质 类囊体薄膜 降低
(3)二氧化碳是光合作用暗反应过程的原料，CO2 浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光
合作用强度；同时还可促进R 酶催化更多的C5 与CO2 结合，减少C5 与O2 的结合，从而降低光呼吸
【解析】（1）图甲中c 点时，光合速率大于呼吸速率，光合作用和呼吸作用都可以产生ATP，因此产
生ATP 的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体。b 点为光补偿点，整个植物的光合速率等于呼吸速率，
但由于植物体内还存在不能进行光合作用的细胞，故此时叶肉细胞内的光合作用强度应大于呼吸作用
强度。
（2）图乙中，在e 点时，光合速率大于呼吸速率，叶绿体中ADP 在叶绿体基质中产生，运到类囊体薄
膜上用于光反应，因此在e 点时，叶绿体中ADP 的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。d 点条件
变为e 点条件，即光照强度增加，短时间内光反应速率加快，产生的ATP 和NADPH 增加，使暗反应C3
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的还原速率加快，但短时间内CO2 固定速率不变，故C3 的含量将降低。
（3）由图可知，二氧化碳是光合作用暗反应过程的原料，CO2 浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，
进而提高光合作用强度；同时还可促进R 酶催化更多的C5 与CO2 结合，减少C5 与O2 的结合，从而降
低光呼吸，故生产实际中，可以通过适当升高CO2 浓度达到增产的目的。
12．Rubisco 酶具有“两面性”，CO2浓度较高时，该酶参与暗反应，催化C5与CO2反应，最终得到光合产
物；O2浓度较高时，该酶参与光呼吸，催化C5与O2反应形成乙醇酸，最终产生CO2。图示实线部分为
高光、高温条件下，水稻叶肉细胞的部分代谢过程，图示虚线为利用基因工程技术构建的光呼吸GOC
支路。回答下列问题。
(1)光合作用暗反应过程中Rubisco 催化反应的产物被还原，为其提供能量的物质是______。晴朗的夏
季中午，水稻会出现“光合午休”现象，该现象的产生主要与一种植物激素含量的变化相关，该激素
为______。
(2)图中参与光呼吸过程的双层膜细胞结构有______。研究发现，光照强度降低时，光呼吸的速率也会
降低，推测其原因是______。
(3)光呼吸GOC 支路的构建可显著提高水稻产量，其原理是______。
【答案】(1) NADPH 和ATP 脱落酸（或脱落酸和乙烯）
(2)叶绿体、线粒体 光照强度降低时光反应产生的O2 减少，Rubisco 催化的C5 与O2 反应速率降
低
(3)该支路提高了叶绿体中CO2 的浓度，提高了CO2 竞争Rubisco 酶的优势，光呼吸减弱，光合作用增
强
【解析】（1）在光合作用暗反应里，C 的还原需要能量和还原剂，光反应产生的
₃
NADPH 提供还原剂
和部分能量，ATP 提供能量，所以为暗反应中 Rubisco 催化反应的产物还原提供能量的物质是 NADPH
和 ATP 。晴朗夏季中午，水稻出现 “光合午休”，是因为温度过高，植物为减少水分散失，在脱落
酸（或脱落酸和乙烯 ）作用下气孔关闭，导致 CO 供应不足，从而出现该现象，所以相关激素是脱落
₂
酸（或脱落酸和乙烯 ）。
（2）光呼吸过程中，首先 Rubisco 在叶绿体中催化 C 与
₅
O 反应，叶绿体是双层膜结构；后续代谢
₂
产生的甘氨酸进入线粒体释放 CO ，线粒体也是双层膜结构，所以参与光呼吸过程的双层膜细胞结构
₂
有叶绿体、线粒体 。光呼吸是 O 浓度较高时，
₂
Rubisco 催化 C 与
₅
O 的反应，光照强度降低，光反
₂
应产生的 O 减少，那么
₂
Rubisco 催化的 C 与
₅
O 反应的底物减少，反应速率就会降低，所以光照强
₂
度降低时，光呼吸的速率也会降低。
（3）光呼吸 GOC 支路构建后，能将光呼吸过程中产生的部分 CO 重新引导回叶绿体中，使得叶绿体
₂
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中 CO 浓度提高。而
₂
Rubisco 酶在 CO 和
₂
O 浓度不同时，作用不同，
₂
CO 浓度提高后，
₂
CO 更易与
₂
Rubisco 酶结合，相比 O 竞争
₂
Rubisco 酶的优势就提高了，这样 Rubisco 酶参与光呼吸就会减弱，
而参与暗反应会增强，光合作用就能增强，进而显著提高水稻产量。
13．绿色植物通过光合作用捕获、转化光能用于生长、繁殖。但当植物吸收的光能过度时，叶肉细胞内因
不足，使电子传递给
，形成超氧阴离子自由基（
）等一系列光有毒产物，从而损伤光合
结构。图1 表示光合作用的部分过程，回答下列问题：
(1)图1 中PSⅠ、PSⅡ两个光系统分布于______上。经这两个光系统的协同作用，植物将光能转化为
______中的化学能，用于卡尔文循环。
(2)分析图1 可知，在光照条件下，图1 中膜内
浓度______（填“大于”小于”或“等于”）膜外；
ATP 合成酶的作用有______；
(3)植物在长期进化过程中形成了光呼吸的方式以减轻光抑制现象，其机制如图2 所示。据图可推测光
呼吸缓解光抑制的机理是______。
(4)研究发现，重金属镉能破坏PSⅡ结构，还可促进脱落酸的合成，从而抑制光合作用的进行，从卡
尔文循环角度分析其原因是______。
【答案】(1) 类囊体薄膜 ATP 和NADPH
(2)大于 运输
以及催化ATP 合成
(3)光呼吸可以消耗光反应产生的多余的ATP 和NADPH，消耗
，减少光有毒产物（
）的形成，并
且产生的
可进入卡尔文循环，维持光合作用的正常进行
(4)破坏PS Ⅱ结构，使光反应产生的ATP 和NADPH 减少，影响
的还原；促进脱落酸合成，促进气孔
关闭，导致
供应不足，影响
的固定
【解析】（1）PS Ⅰ、PS Ⅱ两个光系统分布于类囊体薄膜上。类囊体薄膜是光合作用光反应的场所，
光系统是进行光反应的重要结构。经这两个光系统的协同作用，植物将光能转化为ATP 和NADPH 中活
跃的化学能，用于卡尔文循环。
（2）在光照条件下，图1 中膜内
浓度大于膜外。因为在光反应过程中，水的光解会产生
，同时
电子传递过程中也会将
从膜外转运到膜内，导致膜内
浓度升高，形成
浓度梯度。ATP 合成酶
的作用有催化ATP 的合成以及作为
通道，使膜内高浓度的
通过该通道顺浓度梯度扩散到膜外。
通过ATP 合成酶时，其释放的能量驱动ADP 和磷酸结合形成ATP。
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（3）由图2 可知，光呼吸可以利用光反应产生的多余的ATP 和NADPH，消耗光反应产生的
，减少超
氧阴离子自由基（
）等光有毒产物的形成，同时光呼吸产生的
又可以进入卡尔文循环，从而缓
解光抑制，以维持光合作用的正常进行。
（4）从卡尔文循环角度分析，重金属镉能破坏PS Ⅱ结构，使光反应产生的ATP 和NADPH 减少，影响
的还原；同时镉促进脱落酸的合成，可能会促进气孔的关闭，导致
供应不足，从而影响
的
固定，这两方面都会抑制卡尔文循环，进而抑制光合作用的进行。
14．早春出现的“倒春寒”易导致植物发生光抑制现象，即植物对光能的吸收量超过利用量，过剩的光能
抑制了光合作用。科研人员用低温弱光模拟这种环境胁迫来研究桃树光抑制发生的机制。回答下列问
题：
(1)如图1 所示，高等植物叶肉细胞的叶绿体内含有两个位于叶绿体的_________上的光系统：光系统I
（PSI）和光系统Ⅱ（PSⅡ），能够吸收光能并将水裂解为_________，反应中心在将电子传递出去前
处于关闭状态。光照下，PSⅡ将电子传递给PSI，促进图中“？”_________的合成，该物质在碳反应
中作为 _________。
(2)图2 为不同实验条件下桃树叶片的相关生理指标。
据图2 分析可知：
①本实验的自变量有 _________。低温胁迫_________（填“一定”或“不一定”）会破坏光系统。
②低温前提下，弱光导致的光抑制现象可能是由于_________（填“PSI”、“PS
”
Ⅱ或“PSI 和PS
”
Ⅱ）
被破坏而导致的，判断依据是_________。
③低温弱光胁迫的0~3h 内，桃树叶片会通过_________来降低过剩光能对光系统的伤害，但随时间延
长，光系统受损严重导致光抑制加重。
【答案】(1)类囊体膜 H+、e-、O2 NADPH 还原剂
(2)光照强度、温度 不一定 PSII 随低温弱光胁迫时间的延长，PSI 的活性几乎不变，
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PSII 的活性逐渐降低 提高热能散失
【解析】（1）叶绿体内含有的两个光系统能够吸收、传递和转化光能，因此光系统Ⅰ（PS Ⅰ）和光
系统Ⅱ（PS Ⅱ）位于类囊体薄膜上。光系统I（PSI）和光系统Ⅱ（PS Ⅱ），能够吸收光能并将水裂
解为H+、e-、O2。识图分析可知，光照下，PS Ⅱ将电子传递给PS Ⅰ，电子经传递最终与H+和
NADP+结合生成NADPH，因此促进图中NADPH 的合成，NADPH 在暗反应C3 的还原过程中提供能量和作为
还原剂。
（2） ①分析图2 可知，本实验的自变量有光照强度、温度。根据低温+黑暗的处理，与对照组相比，
随低温胁迫时间的延长，PS Ⅰ和PS Ⅱ的活性几乎不变，说明仅低温胁迫不一定破坏光系统。
②分析图2 中低温+弱光的处理，与对照组相比，随低温弱光胁迫时间的延长，PS Ⅰ的活性几乎不变，
PS Ⅱ的活性逐渐降低，因此低温前提下，弱光导致的光抑制现象可能是由于PS Ⅱ被破坏而导致的。
③分析图2 的第三个柱状图可知，低温弱光胁迫的0～3h 内，PS Ⅱ以热能形式消耗光能明显提高，因
此推测桃树叶片会通过提高PS Ⅱ以热能形式消耗光能来降低过剩光能对光系统的伤害，但随时间延
长，光系统受损严重导致光抑制加重。
15．强光条件下，光合器官所吸收的光能超过光合作用所能利用的能力时，叶绿素分子吸收光能后会转变
为
3ch1（单线激发态叶绿素），
3ch1 与
反应生成有害的IO2（单线态氧），攻击叶绿素和PSII 反应
中心的
蛋白（叶绿体内合成），从而损伤光合结构。类胡萝卜素可快速淬灭
，也可以直接清除
IO2。图为拟南芥叶肉细胞类囊体膜上发生的光反应示意图，PQ、
、
、
是运输电子的相
关蛋白质，PQ 在运输电子的同时还可以运输H+；表为正常拟南芥和突变体拟南芥绿叶中色素相对含
量（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示不同色素带），据图回答下列问题：
表各种色素的相对含量
相对含量
色素
Ⅰ
色素
Ⅱ
色素
Ⅲ
色素
Ⅳ
正常拟南
芥
100
100
100
100
突变体拟
南芥
99
102
5
3
(1)图中，A 侧是_____（填写“类囊体腔”或“叶绿体基质”），电子传递最终受体是_____，其接受
电子后生成的产物可以为暗反应中_____过程提供能量。
(2)单线态氧等氧化物质在任何光照条件下都可产生，但一般不会对光合器官造成氧化伤害，而强光下
它们却损伤光合结构，从其产生和消耗的角度考虑可能的原因是_____。
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(3)研究发现强光导致光抑制时，突变体拟南芥植株光合速率下降更快，由此判断表中属于类胡萝卜素
的是_____。与正常拟南芥相比，突变体拟南芥的光饱和点_____（填写“更高”或“更低”或“不能
确定”），原因是_____。
(4)D1 蛋白是构成PSII（光系统Ⅱ）的核心蛋白，强光时易受破坏，研究表明，当强光下PSII 和线性电
子传递被抑制时，
可以将电子传给PQ 形成闭合的电子传递循环以适应强光胁迫。从D1 蛋白合成
角度考虑环式电子传递存在的意义有_____。
【答案】(1)叶绿体基质 氧化型辅酶Ⅱ（NADP+） C3 的还原（三碳化合物的还原）
(2)强光条件下，这些氧化物质的生成速率大于其消耗速率，不断积累从而损伤光合结构
(3)色素Ⅲ、色素Ⅳ 不能确定 光饱和点出现与色素含量、酶含量、外界CO2 浓度等多种因
素有关，除色素含量外，其它因素不确定，因此两者的光饱和点无法比较
(4)环式电子传递的存在可以增加膜两侧H+浓度差，促进ATP 的合成，进而有利于D1 蛋白的合成（促
进ATP 合成，利于D1 蛋白合成）。
【解析】（1）类囊体膜上发生水的光解，A 侧是叶绿体基质，由图可知，电子传递最终受体是氧化型
辅酶Ⅱ（NADP+），其接受电子后生成的产物为NADPH，可以为暗反应中C3 的还原过程提供能量。
（2）单线态氧等氧化物质在任何光照条件下都可产生，但一般不会对光合器官造成氧化伤害，而强
光下它们却损伤光合结构的原因是在强光条件下，这些氧化物质的生成速率大于其消耗速率，不断积
累从而损伤光合结构。
（3）由于类胡萝卜素可快速淬灭3ch1，也可以直接清除IO2，强光导致光抑制时，突变体拟南芥植
株光合速率下降更快，可能是因为类胡萝卜素含量下降，由此判断表中属于类胡萝卜素的是色素Ⅲ、
色素Ⅳ，由于光饱和点出现与色素含量、酶含量、外界CO2 浓度等多种因素有关，除色素含量外，其
它因素不确定，因此两者的光饱和点无法比较，所以不能确定突变体拟南芥的光饱和点高于还是低于
正常拟南芥。
（4）环式电子传递的存在可以增加膜两侧H+浓度差，促进ATP 的合成，进而有利于D1 蛋白的合成
（促进ATP 合成，利于D1 蛋白合成），而D1 蛋白是构成PSII（光系统Ⅱ）的核心蛋白，强光时易受
破坏，当强光下PSII 和线性电子传递被抑制时，
可以将电子传给PQ 形成闭合的电子传递循环以适
应强光胁迫
16．早春出现的“倒春寒”易导致植物发生光抑制现象，即植物对光能的吸收量超过利用量，过剩的光能
抑制了光合作用。科研人员用低温弱光模拟这种环境胁迫来研究桃树光抑制发生的机制。回答下列问
题：
(1)图1 中，高等植物叶肉细胞的叶绿体内含有吸收、传递、转化光能的两个光系统：光系统I（PSI）
和光系统Ⅱ（PSⅡ），其中PSII 是叶绿体类囊体薄膜上由蛋白质和_______组成的复合物，可将H2O 分
解，产生的H⁺通过ATP 合酶顺浓度梯度进入叶绿体基质驱动ATP 的合成，这表明ATP 合酶具有
_______的功能。
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(2)桃树叶片在不同实验条件下处理，并每隔1h 取样置于25℃和正常光照条件下测得相关生理指标如
图2。
①仅低温胁迫_______（填“会”或“不会”）破坏光系统。
②低温前提下，弱光导致的光抑制现象可能是由于_______（填“PSI”、“PSII”或“PSI 和PSII”）被破
坏而导致的，判断依据是_______。
③低温弱光胁迫的0~3h 内，桃树叶片的qN 升高的原因是_______；推测3~6h 内，qN 降低的原因是
_______。
(3)农业上常通过补充蓝光来改善“倒春寒”引起的光抑制现象，请结合上述研究，推测相关机理为
_______。
【答案】(1)光合色素 运输H 和催化
⁺
ATP 合成
(2)不会 PS Ⅱ 随低温弱光胁迫时间的延长，PS Ⅰ的活性几乎不变，PS Ⅱ的活性逐渐降低
由于PS Ⅱ活性降低，利用光能能力降低，过剩光能增加，转化成的热能相应增加 由于PS Ⅱ受损
严重，将过剩光能转化成热能的量减少
(3)蓝光能提高PS Ⅱ活性（或答“蓝光能提高PS Ⅱ以热能形式消耗光能”）
【解析】（1）在叶绿体类囊体薄膜上存在光系统，PSII 作为叶绿体类囊体薄膜上由蛋白质和光合色
素组成的复合物，光合色素能够吸收、传递和转化光能。已知H 通过
⁺
ATP 合酶顺浓度梯度进入叶绿体
基质驱动ATP 的合成，说明ATP 合酶既能作为离子通道让H 通过，又能催化
⁺
ATP 的合成，所以表明
ATP 合酶具有运输H 和催化
⁺
ATP 合成的功能。
（2）①分析图2 可知，根据低温+黑暗的处理，与对照组相比，随低温胁迫时间的延长，PS Ⅰ和
PS Ⅱ的活性几乎不变，说明仅低温胁迫不会破坏光系统。
②分析图2 中低温+弱光的处理，与对照组相比，随低温弱光胁迫时间的延长，PS Ⅰ的活性几乎不变，
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PS Ⅱ的活性逐渐降低，因此低温前提下，弱光导致的光抑制现象可能是由于PS Ⅱ被破坏而导致的。
③分析图2 的第三个柱状图可知，低温弱光胁迫的0～3h 内，PS Ⅱ以热能形式消耗光能明显提高，因
此推测桃树叶片会通过提高PS Ⅱ以热能形式消耗光能来降低过剩光能对光系统的伤害，但随时间延
长，光系统受损严重导致光抑制加重。
（3）农业上常通过补充蓝光来改善“倒春寒”引起的光抑制现象，结合上述研究可知，随低温弱光
胁迫时间的延长，PS Ⅰ的活性几乎不变，PS Ⅱ的活性逐渐降低，且桃树叶片会通过提高PS Ⅱ以热能
形式消耗光能来降低过剩光能对光系统的伤害，因此推测蓝光能提高PS Ⅱ活性，或者蓝光能提高
PS Ⅱ以热能形式消耗光能。
17.叶绿体进行能量转换依靠光系统（指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物，包括PSⅠ和
PSⅡ）将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH 的形成，同
时驱动膜内的质子泵在膜两侧建立H＋梯度，进而驱动ATP 的合成。
注：类囊体膜上主要有光系统Ⅰ（PSⅠ）、光系统Ⅱ（PSⅡ）、细胞色素b6f 蛋白复合体和ATP 合酶
蛋白复合体四类蛋白复合体，参与光能吸收、传递和转化，以及电子传递、H＋输送和ATP 合成等过程。
据图回答下列问题：
(1)光反应过程中，ATP 的形成与光系统______（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”）发挥作用产生的H＋浓
度梯度有关。
(2)叶绿素a（P680 和P700）接受光的照射后被激发，释放势能高的电子，电子的最终供体（供给电子
的物质）是______。通过光合电子传递链，光能最终转化为______中的化学能。
(3)图中ATP 合酶的作用是______；据图分析，增加膜两侧的H＋浓度差的生理过程有______（答出三
点即可）。
(4)除草剂二溴百里香醌（DBMIB）是质体醌（PQ）的类似物，可充当PQ 的电子受体。DBMIB 能够和
细胞色素b6f 特异性结合，阻止光合电子传递到细胞色素b6f。若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体，
会导致ATP 含量显著下降，其原因可能是______。
【答案】(1)Ⅱ
(2)水 ATP 和NADPH
(3)催化ATP 的合成，协助H＋跨膜运输 水的光解产生H＋、PQ 蛋白将H＋从A 侧运输到B 侧、合
成NADPH 消耗H＋
(4)二溴百里香醌（DBMIB）阻断电子传递，会抑制水光解产生H＋和H＋从A 侧运输到B 侧，使膜内外
H＋的浓度差减小甚至消失
【解析】（1）结合图示可知。光反应过程中，PSII 发生H2O 的光解，使B 侧H+浓度增加，产生的e-
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通过电子传递体，再通过PSI 传到A 侧，最终将电能变为NADPH 中的活跃化学能。
（2） 叶绿素a 接受光的照射后被激发，在PSII 发生H2O 的光解，释放势能高的e-，e-的最终供体
是H2O，最终受体是NADPH，因此，通过光合电子传递链，光能最终转化为ATP 和NADPH 中的化学能。
（3）图中ATP 合酶的作用是催化ATP 的合成，并协助H+跨膜运输，即其发挥的作用是催化和运输。
据图分析，能使基质和内腔两侧的H+浓度差增加的生理过程有：水的光解产生H+，PQ 蛋白将H+从A
侧运输到B 侧、合成NADPH 消耗H+。
（4）除草剂二溴百里香醌（DBMIB）是质体醌（PQ）的类似物，可充当PQ 的电子受体。DBMIB 能够和
细胞色素b6f 特异性结合，阻止光合电子传递到细胞色素b6f。则DBMIB 会抑制水光解产生H+，使膜
内外H+的浓度差减小甚至消失，而ATP 的合成利用的能量来自于顺浓度梯度运输氢离子产生的势能。
因此，若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体，会导致ATP 含量显著下降。
18．叶绿体进行光反应依靠光系统，光系统是光合色素和蛋白质结合形成的大型复合物，包括PSI 和
PSⅡ。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH 的形成，同时驱动膜上的质子泵
在膜两侧建立H+梯度，进而驱动ATP 的合成，其过程如图1 所示。回答下列问题。
(1)下列有关PSI 和PSⅡ的叙述，正确的是___________。
A．都能转化光能
B．都能传递电子
C．都能还原NADP+
(2)图1 中的膜外结构具体指___________，H+从膜内至膜外的跨膜运输方式的特点有___________（写
出1 点即可）。
(3)当光照过强时，过剩的光能会对PSⅡ造成损伤，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 蛋白有两大功能：参与NPQ 的调节和修复损伤的
PSⅡ。研究人员以野生型和H 基因缺失突变体的拟南芥为材料进行了相关实验，结果如图2 所示。实
验中，利用相同强度的强光照射野生型和突变体，对二者的PSⅡ均造成了损伤。
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①本实验的目的是__________；实验结果表明，H 蛋白对NPQ 合成起_________作用（填“促进”或
“抑制”）。
②根据本实验，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)AB
(2)叶绿体基质 顺浓度梯度运输或需要转运蛋白（载体蛋白）的协助或不需要消耗能量
(3)探究强光照射下H 蛋白对NPQ 强度的影响 抑制 突变体PS Ⅱ系统光损伤小但不能修复，
野生型PS Ⅱ系统光损伤大但能修复（需同时包含H 蛋白修复作用及NPQ 分别对突变体、野生型PS Ⅱ
的影响，合理即可） 突变体NPQ 高，PS Ⅲ系统光损伤小，虽然损伤不能修复，但是PS Ⅱ活性高，
光反应产物更多，因此暗反应更强
【解析】（1）由图1 可知，PS Ⅰ和PS Ⅱ均可吸收光能，产生并进行高能电子的传递，实现光能→电
能→ATP 和NADPH 中化学能的转化，只有PS Ⅰ能将NADP+还原成NADPH。
故选AB。
（2）由图1 可知，叶绿体的光系统位于类囊体薄膜上，膜外指叶绿体基质；H+从膜内至膜外的跨膜
运输方式为协助扩散，具有顺浓度梯度运输、需要转运蛋白（载体蛋白）的协助、不需要消耗能量等
特点。
（3）①该实验的自变量有强光照射、H 蛋白（拟南芥植株的种类），因变量是NPQ 的强度，因此实验
目的是强光照射下H 蛋白对NPQ 强度的影响；由图2 可知，野生型拟南芥（有H 蛋白）的NPQ 强度更
低，H 蛋白对NPQ 合成起抑制作用。
②据图2 分析，强光照射下突变体的NPQ 相对强度比野生型的NPQ 相对强度高，能减少强光对PS Ⅱ复
合体造成损伤。但是野生型含有H 蛋白，能对损伤后的PS Ⅱ进行修复，故不能确定强光照射下突变体
与野生型的PS Ⅱ活性强弱。
③据图2 推测，突变体的NPQ 相对强度大，能够减少强光对PS Ⅱ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PS Ⅱ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。
19．聚球藻属于蓝细菌，其羧化体可限制气体的扩散。甘油葡萄糖苷（GG）属于抗渗透压物质，能增强细
胞的抗盐胁迫能力，藻体引入GG 生物合成途径（①②）后，藻体抗盐胁迫能力明显增强。据图回答
下列问题：
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注：G6P 是葡萄糖-6-磷酸，G1P 是葡萄糖-1-磷酸，ADP-GLC 是ADP-葡萄糖；“⊥”表示抑制酶的合成。
(1)聚球藻光合作用光反应的场所是____，其上的光合色素包括藻蓝素和____，前者主要吸收黄橙光，
后者主要吸收____。
(2)光合色素接受光能后，将从水中获得电子，电子经过光合电子传递链的传递，最终被受体____接收。
图示光合片层膜上含有ATP 合成酶，推测其以____的方式运输H+，并利用H+浓度差合成ATP。在酵母
菌细胞中，ATP 合成酶还可分布于线粒体____（填“内”或“外”）膜上。
(3)图中CO2以____（填物质）的形式运输到羧化体后，不断汇聚并使CO2浓度明显升高，促进____的
进行，有利于光合产物的合成。
(4)藻体引入GG 生物合成途径后，促进____酶的合成或提高，该酶的活性均有利于增加GG 含量。还
可降低控制酶1、酶2 和酶3 合成基因的表达量，以增强其抗盐胁迫能力，据图分析，降低三种酶合
成量的途径是____。
【答案】(1)光合片层膜 叶绿素 红光和蓝紫光
(2)NADP+（或氧化型辅酶Ⅱ） 协助扩散/被动运输 内
(3)HCO3- 暗反应（CO2 的固定）
(4)甘油—3—磷酸脱氢 SRNA 与目标mRNA（碱基互补配对）结合后被降解，无法翻译
【解析】（1）由图可知：聚球藻光合作用光反应的场所是光合片层膜。聚球藻属于蓝细菌，而蓝细
菌的细胞内有藻蓝素和叶绿素，由此可推知：聚球藻光合片层膜上的光合色素包括藻蓝素和叶绿素。
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。
（2）光合色素受光能激发释放电子后，将从水中获得电子，电子经过光合电子传递链的传递，最终
被受体NADP+接收。图示光合片层膜上含有ATP 合成酶，在ATP 合成酶的协助下，H+顺浓度梯度跨膜
运输，其运输H+的方式是协助扩散（或被动运输），并利用H+浓度差合成ATP。有氧呼吸的三个阶段
依次是在细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜上进行的，每一阶段释放的能量都有一部分用于合成
ATP，因此在酵母菌细胞中，ATP 合成酶还可分布于线粒体内膜上。
（3）CO2 是暗反应的原料。图中CO2 以HCO3-的形式运输到羧化体后，不断汇聚并使CO2 浓度明显升
高，促进暗反应（CO2 的固定）的进行，有利于光合产物的合成。
（4）藻体引入GG 生物合成途径后，促进甘油—3—磷酸脱氢酶的合成或提高，该酶的活性均有利于
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增加GG 含量，原因是甘油—3—磷酸脱氢酶可催化更多的DHAP（磷酸二羟丙酮）形成G3P（甘油醛—3
—磷酸），从而转化形成更多的GG。还可降低控制酶1、酶2 和酶3 合成基因的表达量，以增强其抗
盐胁迫能力。据图分析，降低三种酶合成量的途径是SRNA 与目标mRNA 碱基互补配对结合后被降解，
目标mRNA 无法与核糖体结合并翻译合成目标酶。
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