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大题01 细胞代谢类
【高考真题分布】
考点
考向
高考考题分布
光合作用和细胞呼吸的综合
一、细胞呼吸与光合作用的过程及实验设计
二、影响光合和呼吸作用的因素
三、特殊代谢途径
2025 年浙江
2024 年北京T17
2024 年山东T21
2024 年河北T19
2024 年全国新课标T31
2024 年江苏
2024 年浙江
2024 年吉林
2024 天津
2024 广西
2024 年江苏
2024 年贵州
2024 年安徽
2024 年全国甲卷
【题型解读】
细胞呼吸光合作用的过程，以及探究不同环境因素对光合作用和呼细胞呼吸的影响，是细胞代谢部分的高
频考点。通过对近三年试题分析，发现试题考察情景越来越复杂，以下两种情境尤为明显：
一、对大学教材中光合作用和细胞呼吸的生理过程深度考察。如2023 年山东卷第21 题和2023 年湖北卷第
8 题的PSⅠ、PSⅡ光复合体，2023 年湖南卷第17 题和2022 年全国甲卷第29 题的C3 植物和C4 植物，2023
年全国乙卷第3 题和2023 年山东卷第4 题中无氧呼吸方式的转变，2022 年山东卷第21 题的光抑制，2022
年山东卷第4 题的磷酸戊糖途径，2022 年山东卷第16 题的电子传递链。这些题目的题干主要以文字形式
呈现大学教材中光合作用和细胞呼吸的生理过程，考察考生在考场上对这些深于教材的新知识的学习和理
解能力。并考察考生能否将这些过程与光合作用细胞呼吸过程进行辨析以及找出它们之间的联系等。
1
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二、对于光合作用和细胞呼吸有关的科学实验和探究实验的考察，如2024 年北京卷四17 题、2024 年全国
甲卷四29 题、2024 年全国新课标卷第31 题、2023 年全国乙卷第3 题和29 题，2023 年山东卷第17 天、
2023 年全国甲卷第29 集、2023 年广东卷第18 期、2022 年山东卷第21 期、2022 年广东卷第18 题、2021
年全国已卷第29 天、2021 年山东卷第21 题。这些题目或涉及探究实验步骤的设计或设计实验数据的分析。
该专题的试题在考察必备知识的基础上，也逐年提升对关键能力和学科素养的考察等级。
典例一：细胞呼吸与光合作用的过程及实验设计
1.科研人员对蓝细菌的光合放氧、呼吸耗氧和叶绿素a 含量等进行了系列研究。图1 是蓝细菌光合作用部
分过程示意图，图2 是温度对蓝细菌光合放氧和呼吸耗氧影响的曲线图。请回答下列问题：
(1)图1 中H+从类囊体膜内侧到外侧只能通过ATP 合酶，而O2能自由通过类囊体膜，说明类囊体膜具有的
特性是 。碳反应中C3在 的作用下转变为（CH2O），此过程发生的区域位于蓝细菌的
中。
(2)图2 中蓝细菌光合放氧的曲线是 （从“甲”“乙”中选填），理由为
。
(3)在一定条件下，测定样液中蓝细菌密度和叶绿素a 含量，建立叶绿素a 含量与蓝细菌密度的相关曲线，
用于估算水体中蓝细菌密度。请完成下表：
实验目的
简要操作步骤
2
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测定样液蓝细菌数
量
按一定浓度梯度稀释样液，分别用血细胞计数板计数，取样前需
①
浓缩蓝细菌
②
③
将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮
④
用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管，避光存放
建立相关曲线
用分光光度计测定叶绿素a 含量，计算
2.原产热带的观赏植物一品红，花小，顶部有像花瓣一样的红色叶片，下部叶片绿色。回答下列问题：
(1)科学研究一般经历观察现象、提出问题、查找信息、作出假设、验证假设等过程。
①某同学观察一品红的叶片颜色，提出了问题：红叶是否具有光合作用能力。
②该同学检索文献获得相关资料：植物能通过光合作用合成淀粉。检测叶片中淀粉的方法，先将叶片浸入
沸水处理；再转入热甲醇处理；然后将叶片置于含有少量水的培养皿内并展开，滴加碘-碘化钾溶液（或碘
液），观察颜色变化。
③结合上述资料，作出可通过实验验证的假设：
。
④为验证假设进行实验。请完善分组处理，并将支持假设的预期结果填入表格。
分组处理
预期结果
绿叶+光照
变蓝
绿叶+黑暗
不变蓝
ⅰ
ⅱ
ⅲ
ⅳ
⑤分析：检测叶片淀粉的方法中，叶片浸入沸水处理的目的是
。热甲
醇处理的目的是
．
(2)对一品红研究发现，红叶和绿叶的叶绿素含量分别为0.02g（Chl）·m-2和0.20g（Chl）·m-2，红叶含有较
多的水溶性花青素。在不同光强下测得的qNP值和电子传递速率（ETR）值分别如图甲、乙所示。qNP值反
映叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力；ETR 值反映光合膜上电子传递的速率，与光反应速率呈
正相关。花青素与叶绿素的吸收光谱如图丙所示。
3
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①分析图甲可知，在光强500～2000μmol·m-2·s-1范围内，相对于绿叶，红叶的
能力较弱。分析图
乙可知，在光强800～2000μmol·m-2·s-1，范围内，红叶并未出现类似绿叶的光合作用被
现象。
结合图丙可知，强光下，贮藏于红叶细胞
内的花青素可通过
方式达到保护叶绿体的
作用。
②现有实验证实，生长在高光强环境下的一品红，红叶叶面积大，颜色更红。综合上述研究结果可知，在
强光环境下，红叶具有较高花青素含量和较大叶面积，其作用除了能进行光合作用外，还有保护
的功能。一品红的花小，不受关注，但能依赖花瓣状的红叶吸引
，完成传粉。
一
一、限定词作答时,若题目中提供了限定词,则必须用限定词作答,而不能用同义词替代。
二、原因分析类问题的方法突破
（1）此类题目属于非选择题中的“科学思维”的特征设问，此类题目在语言表达题型中所占比例很高，
其设问方式一般有以下几种：“……合理的解释是________________” “……的依据是______________”
“……的原因是________________”等。这些试题旨在考查考生在新情境条件下对知识体系的掌握程度，也
是对关键能力和学科素养进行考查，是真正素质考查的体现。
（2）解题策略
这一类试题的形式是给出某一实验现象或结果，要求回答出现这些现象( 或结果) 的原因。
分析高考题中长句子描述题的标准答案就会发现，其实答案用词的出处一般有两个：一是命题者在描述题
干时的信息，二就是教材中的重要概念、原理等。
（3）答题思路
a．在题干文字信息和图表信息中找出“起因”和“结果”。
b．依据题干或者已学教材中相关知识，分析“起因”和“结果”之间的逻辑关系——原因、依据、理由、
解释。
（4）答题模式
4
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三、实验设计要遵循实验设计的基本原则实验设计的基本原则包括：
（1）科学性原则：是所有原则的前提，实验设计要合乎科学性。
（2）可行性原则：符合实验者的一般认知水平；还要满足现有的条件，具有进行实验和完成实验的
可能性。
（3）简便性原则：实验的材料易获得，装置简化、简单，实验药品便宜，操作简便等等。
（4）可重复性原则：一方面，减少误差，增加信度。另一方面，你做的实验，同样的情况下，别人
应该可以重复验证。
（5）单一变量原则： 在不同的实验组别中，只有我们所要研究的因素不同，影响实验的其他所有
因素都相同。
（6）等量原则：除研究因素以外，所有可以影响实验过程或结果的因素都应该保持一样。
（7）对照性原则：是生物实验设计的一个重要原则。在单一变量的前提下，通过对照，就能有效地
排除其它因素对结果的干扰，增加实验结果的可信度和说服力。
四、光合作用与细胞呼吸实验的设计技巧
(1)实验设计中必须注意三点
①变量的控制手段，如光照强度的强弱可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不
同)进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液来调节。
②对照原则的应用，不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互
对照。
③无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用强度”值。
(2)解答光合作用与细胞呼吸的实验探究题时必须关注的信息是加“NaOH”还是加“NaHCO3”；给予
“光照”处理还是“黑暗”处理；是否有“在温度、光照最适宜条件下”等信息。
五、光合作用与呼吸作用实验设计中常用实验条件的控制方法
①增加水中氧气——泵入空气或放入绿色水生植物。
②减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖或用凉开水。
③除去容器中二氧化碳——氢氧化钠溶液。
④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中。
⑤除去叶中叶绿素——酒精隔水加热。
⑥除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光。
⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。
⑧线粒体的提取——细胞匀浆离心。
⑨保持容器中CO2体积不变——NaHCO3溶液。
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1.（2025·山东临沂·二模）植物光合产物的产生器官被称作“源”，光合产物卸出和储存的部位被称作
“库”。下图为棉花植株光合产物合成及运输过程示意图。
(1) 暗反应进行的场所是
。研究表明，缺磷会抑制光反应过程，原因是
。
(2)据图分析，叶绿体中的淀粉在夜间被降解的意义是
。
(3)光合产物从“源”向“库”运输的物质形式主要是蔗糖，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是
。
(4)为研究棉花去棉铃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 天后测定叶片的蔗糖和淀粉含量以及
固定速率。结果如图2 所示。
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去除棉铃处理降低了
（填“库”或“源”）的大小，进而抑制棉花的光合作用，结合图1 分
析，机制是
。
2．（2025·河北·一模）随着CO₂ 排放量的上升，大气CO₂ 的浓度过高，导致海水升温酸化。为了探究这一
变化对三角褐指藻生命活动的影响，研究人员将藻种放入恒温光照箱中培养，检测三角褐指藻在不同条件
下的光合速率和呼吸速率，结果如图，其中HC 代表高CO₂ 浓度 、LC 代表低CO₂ 浓度。回答下列问题：
(1)相同温度条件下，HC 比LC 下三角褐指藻光合速率高的原因可能是
。与
LC 相比，HC 条件下NADPH 的含量
(填“上升”“下降”或“不变”)。
(2)据图1 可知，与正常条件下(20 ℃、LC)相比，海水升温酸化后三角褐指藻的光合速率 ( 填
“上升”“下降”或“不变”)，说明
(填“高温”或“酸化”)对植物光合作用的影响较大。
(3)需要在
条件下测定呼吸速率。图3 表示呼吸速率与光合速率的比值，由图可知， 相同温
度下，高浓度CO₂ 条件下的比值均
(填“大于”“小于”或“等于”)低浓度CO₂ 条件下的
比值；培养温度升高，该比值下降。
(4)本研究的自变量为
。结合本实验的结果，请设计实验探究温度升高对三角褐
指藻色素含量的影响(写出实验思路即可)。
典例二：影响光合和呼吸作用的因素
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1.西兰花可食用部分为绿色花蕾、花茎组成花球，采摘后容易出现褪色、黄化、老化等现象。某兴趣小组
进行如下实验，以探究西兰花花球的保鲜方法。
实验分黑暗组、日光组和红光组三组。日光组和红光组的光照强度均为50μmol·m-2·s-1。各处理的西兰花球
均贮藏于20℃条件下，测定指标和结果如图所示。
回答下列问题：
(1)西兰花球采摘后水和 供应中断。水是光合作用的原料在光反应中，水裂解产生O2
和 。
(2)三组实验中花球的质量损失率均随着时间延长而 。前3 天日光组和红光组的质量损失率
低于黑暗组，原因有 。第4 天日光组的质量损失率高于黑暗组，原因可能是日光诱
导气孔开放，引起 增强从而散失较多水分。
(3)第4 天日光组和红光组的 下降比黑暗组更明显，但过氧化氢酶活性仍高于黑暗组，
因此推测日光或红光照射能减轻
过程产生的过氧化氢对细胞的损伤，从而延缓衰老。
(4)第4 天黑暗组西兰花花球出现褪色、黄化现象，原因是
。
综合分析图中结果， 处理对西兰花花球保鲜效果最明显。
2.（2024·河北·高考真题）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
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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
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）。
一、真核生物细胞呼吸
(1)判断细胞呼吸方式的三大依据
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(2)影响细胞呼吸的常见因素
①温度：影响酶活性。
②O2浓度：O2促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸。
③含水量：自由水的相对含量会影响细胞代谢速率。
(3)水果、蔬菜保鲜条件：低温、低氧、有一定湿度。
粮食储存需要的条件：低温、低氧、干燥环境。
二、光合作用与呼吸作用
(1)光合作用过程中的能量变化：光能→活跃的化学能(储存在ATP、NADPH 中)→稳定的化学能(储存在有
机物中)。
(2)光合作用过程中的物质变化
①光反应(发生在叶绿体类囊体薄膜上)：H2O――→NADPH＋O2；ADP＋Pi――→ATP。
②暗反应(发生在叶绿体基质中)：CO2＋C5――→2C3；2C3―――→(CH2O)＋C5。
(3)光合作用的4 个影响因素
①温度：主要影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。
②CO2浓度：主要影响暗反应。
③水：缺水主要影响暗反应，因为缺水→气孔关闭→影响CO2的吸收→影响暗反应。
④光照：主要影响光反应，通过影响ATP 和NADPH 的产生而影响暗反应。
(4)呼吸作用与光合作用的联系
①呼吸速率的测定：黑暗条件下，单位时间实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
②净光合速率的测定：植物在光照条件下，单位时间内CO2吸收量、O2释放量或有机物积累量。
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率；光合作用有机物的制造量＝光合作用有机物的积累量＋呼吸作用有
机物的消耗量；光合作用固定的CO2量＝从外界吸收的CO2量＋呼吸作用释放的CO2量。常见呈现形式如
图所示：
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a．A 点：光照强度为0，只有呼吸作用，细胞表现为对外释放CO2。
b．AB 段(不包括B 点)：光合速率<呼吸速率，细胞表现为对外释放CO2。
c．B 点：对应的光照强度称为光补偿点，光合速率＝呼吸速率，细胞表现为既不对外释放CO2，也不从外
界吸收CO2。
d．B 点以后：光合速率>呼吸速率，细胞表现为从外界吸收CO2。
e．C 点：对应的光照强度称为光饱和点，光合速率达到相应条件下的最大值。
f．光饱和点以前光合速率的限制因素主要为横坐标表示的因素；光饱和点以后光合速率的限制因素为除横
坐标以外的因素。
三、光合作用、呼吸作用的“三率”图
1.（2025·福建厦门·一模）植物在长期进化过程中，为适应不断变化的光照条件，形成了多种光保护机制，
其中包括依赖于叶黄素循环的热耗散机制（NPQ）。据图回答下列问题：
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(1)正常光照情况下，光合色素吸收的光能在叶绿体中的能量转化过程：
。
(2)据图甲可知，HH（高温强光）条件下，光合速率降低的原因不是气孔因素引起的，理由是
；而是由于
，使C3的合成速率下降，导致光反应产物积累，进而使光能转化效率降低而造成光能过
剩，对植物造成危害。
(3)当暴露在过量的光强下，叶片必须耗散过剩的光能，避免叶绿体损伤。紫黄质（a）、玉米黄质（b）和
单环氧玉米黄质（c）这三种色素的相互转化称为叶黄素循环，是一种有效耗散光能的方式，三种色素在
一天中的含量变化如图乙所示，其中单环氧玉米黄质的含量在一天中相对平稳。随光照增强，三种叶黄素
的相互转化关系为 （用a、b、c 和“→”表示）。三种叶黄素中光能耗散能力最强的是
，依据是
。
(4)在强光下，叶黄素循环被激活，让过量的光能耗散，以保护叶片等免受伤害。当叶片被遮蔽时，叶黄素
循环关闭，但叶黄素循环的关闭需要几分钟。研究者设法缩短了大豆叶黄素循环关闭所需的时间，从而使
大豆的产量提高了20%以上，分析该方式提高产量的原因是
。
2.（2025·广东汕头·一模）水资源短缺限制水稻的生长发育，严重影响水稻的产量。具有特定结构的保卫
细胞参与水稻气孔的构成。红光能促进水稻气孔的开放，为研究其机理，研究者利用野生型(WT)和
OsPIL15 基因敲除的水稻m，设计并开展相关实验，部分结果如图，其中气孔导度表示气孔张开的程度，
OsAB15 基因在气孔开闭的调节中具有重要作用。
回答下列问题：
(1)保卫细胞的叶绿体中 (填色素名称)对红光有较高的吸收峰值，红光照射下保卫细胞光合作用
制造的糖类较多，细胞吸水膨胀使得气孔打开。
(2)从光调节植物生长发育的机制看，红光促进气孔开放的机制是：①为光合作用提供更多能量；②作为
影响OsPIL15 蛋白的含量。实验一的结果表明，红光促进气孔开放的主要机制不是①，理由是
。
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(3)OsPIL15 蛋白是如何对气孔开闭进行调控？研究者作出假设并进一步探究。
①假设一：OsPIL15 蛋白通过影响
，从而影响气孔开闭。为验
证该假设进行了实验二。
①假设二：OsPIL15 蛋白 (填“促进”或“抑制”)OsAB15 基因的表达，从而影响气孔开闭。
为验证该假设进行了实验三。若想进一步验证该结论，可选用
水稻，检测其气孔导度。
(4) 研究发现OsPIL15 基因过表达的水稻(OE)籽粒产量和WT 无明显差异，培育OE 品种的意义是
。
典例三：特殊代谢类型
1.（2023·湖南·统考高考真题）下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco 酶对
CO2的Km为450μmol·L-1（K 越小，酶对底物的亲和力越大）,该酶既可催化RuBP 与CO2反应，进行卡尔
文循环，又可催化RuBP 与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的
酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞
叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP 生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中
利用PEPC 酶（PEPC 对CO2的Km为7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4,固定产
物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。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）。
2.（2024·吉林·高考真题）在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成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。上述
过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。
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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 。
一、光呼吸现象产生的分子机制是O2 和CO2 竞争Rubisco 酶。在暗反应中, Rubisco 酶能够以CO2 为底物
实现CO2 的固定;在光下,当O2 浓度高、CO2 浓度低时,O2 会竞争Rubisco 酶,在光的驱动下将碳水化合物氧
化生成CO2 和水。光呼吸是一个高耗能的反应,正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%~30%。
过程如图所示:
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【总结】光呼吸与光合作用的关系
①与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体。光呼吸产生的条件是光照、高O2含量和
低CO2含量等。
②在干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭。此时的光呼吸
可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH 和ATP，又可以为暗反应阶段提供原料，因此光
呼吸对植物有重要的正面意义。
二、C4 植物(如玉米)的叶片结构和光合作用过程
C4 植物的叶片结构
C4 途径的生物学意义在于,热带植物为了防止水分过度蒸发,常常关闭叶片上的气孔,这样空气中的CO2 就不
易进入叶肉细胞,不能满足光合作用对CO2 的需求;而C4 途径中能固定CO2 的PEP 羧化酶对CO2 有很高的
亲和力,使叶肉细胞能有效地固定和浓缩CO2,供维管束鞘细胞中叶绿体内的C3 途径利用。玉米植株中固定
CO2 的酶的能力要远远强于水稻植株中相应的酶,因此玉米的光合效率大于水稻,特别是在低CO2 浓度下,这
种差别更为明显。
【总结】
①玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，适于在高温、干燥和强光的条件下生长。
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②C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时CO2被整合到C4化合物中，随后
C4化合物进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，C4化合物释放出的CO2参
与卡尔文循环，进而生成有机物。
③PEP 羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3
植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。
三、景天科植物为多年生肉质草本植物,是典型的旱生植物,其气孔下陷,可减少蒸腾作用。与普通植物相比,
景天科植物具有一种特殊的CO2 固定方式——夜间气孔开放,白天气孔关闭。夜间大气中CO2 从气孔进入,
被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化,与PEP 结合形成草酰乙酸(OAA),再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果
酸,贮存于液泡中。白天,苹果酸从液泡中释放出来,经脱羧酶作用形成CO2 和丙酮酸,CO2 产生后用于卡尔文
循环。
【总结】
①仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合生长于干旱
地区，其特点是气孔夜间开放，白天关闭。
②该类植物夜间吸收CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸
羧化酶催化下，CO2与PEP 结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。而白
天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质基质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙
酮酸可以形成PEP 再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放
CO2，又可进入C3途径。
③该类植物叶肉细胞夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH 下降；白天淀粉增加，苹果酸
减少，细胞液pH 上升。
1.景天科植物八宝景天存在特殊的CO2固定方式，称为景天酸代谢途径(CAM)。八宝景天夜晚O2气孔开放，
通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO，供
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暗反应利用，过程如图所示。回答下列问题：
(1)夜晚CO2固定于苹果酸的过程属于 (填“吸能”或“放能”)反应。④过程需要的能量物质
在 (场所)产生。
(2)白天八宝景天叶肉细胞进行光合作用所需的CO2由 释放。从进化角度分析八宝景天气孔开闭的
特点是 的结果。
(3)在电子显微镜下观察，可看到叶绿体内部有一些颗粒，它们被看作叶绿体的“脂质仓库”，这些颗粒随
叶绿体的生长体积逐渐变小，可能的原因是 ，请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实
验思路。 。
2.（2025·河北石家庄·模拟预测）光呼吸是绿色植物在光照条件下，吸收O2和释放CO2的过程。在水分亏
缺及高光照条件下，叶片气孔关闭，光呼吸产生的CO2能被再固定，可保护光合作用的反应中心，以免被
强光破坏。叶肉细胞中的部分反应过程如图，Rubisco 是①③过程需要的酶；甲、乙是参与②过程的两种
物质，乙是还原剂。回答下列问题：
(1)物质甲为
，Rubisco 催化CO2与核酮糖-1，5-二磷酸反应生成3-磷酸甘油酸的过
程称为
。依照图中信息，光呼吸可为光合作用提供
。
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(2)持续强光照时突然停止光照，CO2释放量的变化趋势为
。绿色植物的光呼吸会耗损光合
作用部分新形成的有机物。据图分析，可能原因是
（答2 点即
可）。
(3)人为增加环境中的CO2浓度可提高农作物产量，机理是
（答1 点即
可）。
1．（2022·江苏·高考真题）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。请都
图回各下列问题：
(1)图1 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）。
①曲线a，0～t1时（没有光照，只进行呼吸作用）段释放的CO2源于呼吸作用；t1～t2时段，CO2的释放速
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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。
2．（2024·广西·高考真题）珊瑚是一类低等动物，可从环境中获取单细胞真核藻类虫黄藻，让其共生于自
己细胞内，成为珊瑚-虫黄藻共生体。共生体的营养来源包括虫黄合成的有机物和摄取的浮游生物。研究人
员在实验室研究温度升高对某珊瑚-虫黄藻共生体的两种类型（A 型和B 型）的影响，结果见下图。回答下
列问题：
(1)珊瑚细胞获取虫黄藻的方式是 （填物质运输方式）；虫黄藻可利用CO2和H2O 在 （填细胞
器名称）合成糖类，为珊瑚提供营养。
(2)当光合呼吸比约等于1 时，A 型共生体仍能生长，其原因是
。
(3)常温条件下，在缺少浮游生物的贫瘠海域，更具生存优势的共生体类型是
，理由是
。
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(4)若升温后B 型共生体的呼吸速率变化不明显，则据图分析B 型共生体内的单个虫黄藻光合速率将 ，
理由是
。
3．（2024·天津·高考真题）蓝细菌所处水生环境随时会发生光线强弱变化。蓝细菌通过调控图1 中关键酶
XPK 的活性以适应这种变化。
(1)图1 所示循环过程为蓝细菌光合作用的暗反应，反应场所为
。
(2)光暗循环条件下，将蓝细菌的野生型和xpk 基因敲除株（Δxpk）分别用含NaH14CO3的培养基培养，测
定其碳固定率和胞内ATP 浓度，结果如图2。
在第10-11 分钟，野生型菌XPK 被激活，将暗反应的中间产物6-磷酸果糖等转化为其它物质，导致暗反应
快速终止。推测ATP 是XPK 的 （激活剂/抑制剂）。在同一时期，Δxpk 会继续进行暗反应，此时消
耗的ATP 和NADPH 来源于
。
在第11-13 分钟，Δxpk 碳固定率继续升高，胞内
过程来源的ATP 被用于 而消耗，导致
Δxpk 的生长速率比野生型更慢。
(3)蓝细菌在高密度培养时，由于互相遮挡，菌体环境也会出现光线强弱变化。为验证该条件下，蓝细菌是
否采用上述机制进行调节，可分别使用野生型和Δxpk、选用如下 条件组合进行实验，定时测定
14C
固定率和胞内ATP 浓度。
①高浓度蓝细菌②低浓度蓝细菌③持续光照④光暗循环⑤培养基中加入NaH14CO3 ⑥培养基中加入
14C6H12O6
4．（2024·重庆·高考真题）重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的
光饱和（光合速率不再随光强增加而增加）和光抑制（光能过剩导致光合速率降低）现象。
(1)探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员对黄连的光合特征进行了研究，结果见图1。
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①黄连的光饱和点约为 umol*m-2*s-1。光强大于1300umol*m-2*s-1后，胞间二氧化碳浓度增加主要
是由于
。
②推测光强对黄连生长的影响主要表现为 。黄连叶片适应弱光的特征有 （答2 点）。
(2)黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏（主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋
白复合体），为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向（题图2）的比例，提升修复能力等防
御机制，具体可包括
（多选）。①叶片叶绿体避光运动，②提高光合产物生成速率，③自由基
清除能力增强，④提高叶绿素含量，⑤增强热耗散。
(3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施施及
其作用是
。
5．（2024·贵州·高考真题）农业生产中，旱粮地低洼处易积水，影响作物根细胞的呼吸作用。据研究，某
作物根细胞的呼吸作用与甲、乙两种酶相关，水淹过程中其活性变化如图所示。
回答下列问题。
(1) 正常情况下，作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸，从物质和能量的角度分析，其代谢特点有
；参与有氧呼吸的酶是 （选填“甲”或“乙”）。
(2)在水淹0～3d 阶段，影响呼吸作用强度的主要环境因素是 ；水淹第3d 时，经检测，作物根
的CO2释放量为0.4μmol·g-1·min-1，O2吸收量为0.2μmol·g-1·min-1，若不考虑乳酸发酵，无氧呼吸强度是有
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氧呼吸强度的 倍。
(3)若水淹3d 后排水、作物长势可在一定程度上得到恢复，从代谢角度分析，原因是
（答出2 点即可）。
6．（2024·安徽·高考真题）为探究基因 OsNAC 对光合作用的影响研究人员在相同条件下种植某品种水稻
的野生型(WT)、OsNAC 敲除突变体(KO)及 OsNAC 过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶
端)净光合速率和叶绿素含量,结果见下表。回答下列问题。
净光合速率（umol.m2.s-1）
叶绿素含量
（mg·g-1）
WT
24.0
4.0
KO
20.3
3.2
OE
27.7
4.6
(1)旗叶从外界吸收1 分子 CO2与核酮糖-1,5-二磷酸结合，在特定酶作用下形成2 分子3-磷酸甘油酸；在有
关酶的作用下，3-磷酸甘油酸接受 释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为 。
(2)与WT 相比，实验组KO 与OE 的设置分别采用了自变量控制中的 、 （填科学方法）。
(3)据表可知，OsNAC 过量表达会使旗叶净光合速率
。为进一步探究该基因的功能，研究人员测
定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图。
结合图表，分析OsNAC 过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①
；②
。
7．（2024·全国甲卷·高考真题）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。
8．（2024·新课标卷·高考真题）某同学将一种高等植物幼苗分为4 组（a、b、c、d），分别置于密闭装置
中照光培养，a、b、c、d 组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间（t）后测定装置内
O2浓度，结果如图所示，其中M 为初始O2浓度，c、d 组O2浓度相同。回答下列问题。
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是 ，原因是
。
(2)光照t 时间时，a 组CO2浓度 （填“大于”“小于”或“等于”）b 组。
(3)若延长光照时间c、d 组O2浓度不再增加，则光照t 时间时a、b、c 中光合速率最大的是 组，判
断依据是 。
(4)光照t 时间后，将d 组密闭装置打开，并以c 组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会 （填
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“升高”“降低”或“不变”）。
1.（2025·四川南充·二模）高等植物的有氧呼吸存在细胞色素呼吸途径和交替呼吸途径两种，部分过程如
图1 所示。交替氧化酶（AOX）作为交替呼吸途径的关键酶，其基因表达水平会影响细胞活性氧（ROS）
的含量，进而影响光合作用。请回答下列问题：
(1)细胞色素呼吸途径中，NADH 释放的电子经过一系列复合体最终传递给氧生成水，该过程发生在
（填具体场所）；同时将H+泵到膜外侧，使得膜外侧H+浓度高于膜内侧，H⁺又通过ATP 合成酶上的特殊
通道回流到膜内侧，同时驱动ATP 的合成，这一过程体现了蛋白质具有 功能。
(2)与细胞色素呼吸途径相比，交替呼吸途径合成的ATP （填“多”或“少”），原因是 。
(3)为研究交替呼吸途径的存在对植物抗冻的影响，研究人员用拟南芥野生型和突变体（A 和B 为AOX 基
因过量表达突变体，C 为AOX 基因缺失突变体）做了相关实验，结果如图2。实验表明，交替呼吸途径能
提高拟南芥植株抗低温胁迫能力，保护其光合作用正常运行，判断的依据是 。
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(4)研究人员继续测定了上述植株叶片中的ROS 含量，结果如图3。请在图3 中补充低温处理下突变体C 叶
片中的ROS 含量 。
2．（2025·陕西商洛·二模）补光常被运用于温室种植、室内园艺等。研究人员研究了不同补光措施对冬季
大棚番茄光合作用的影响，结果如图1、2 所示。实验中，不同补光措施如下：CK 组不补光；T1 组选择高
压钠灯，红蓝光比为8.5：1；T2 组选择LED 灯，红蓝光比为4.9：1；T3 组选择LED 灯，红蓝光比为3：
1。已知高压钠灯的耗能明显高于其他两种LED 灯的。回答下列问题：
(1)持续的阴天、雨天或冬季等情况会导致某一地区日照时间减少，在大棚中种植的作物可以通过补光来提
高产量。补光时通常选择蓝紫光、红光，而不使用绿光，原因是
。
(2)在冬季光照不足的条件下，为了提高大棚番茄的光合速率，据图1 分析，适合的补光措施是 。
(3)可溶性糖含量与番茄的品质有关。据图2 分析，
（填“提高”或“降低”）蓝光的比例有
利于提高番茄的品质，判断依据是
。
(4)在农业生产中，人们很少会使用高压钠灯的光源来进行补光，从生产效益的角度分析，原因是
。
3．（2025·山东菏泽·一模）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
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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。
(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
。
4．（2025·广东深圳·一模）为选育适应弱光环境的优质水稻品种，研究人员通过γ 射线诱变籼稻获得1 株
早熟䬺绿突变体水稻pe-1，并对水稻弱光胁迫的响应机制进行一系列研究。回答下列问题：
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(1)为了进行后续研究，研究人员通过 获得更多能稳定遗传的pe-1 水稻。
(2)在水稻生长关键期，对野生型和pe-1 水稻进行25％遮光处理7 天，定期采集等量叶片浸泡在
（试剂）中浸提光合色素，直至叶片的颜色变成
，再进行后续操作。
(3)经测定，野生型和pc-1 叶绿素含量如图。据图分析，弱光胁迫后pe-1 水稻叶片的黄化程度比野生型
（填“低”或“高”），依据是 。
(4)除光照外，CO2浓度也是影响光合作用的重要因素。绿叶吸收的CO2，在Robixco 催化下，与C5结合，
该过程是在细胞内的 发生，被称作 。在水稻大田种植过程中，试提出提高CO2供应
量的一种具体措施
。
5．（2025·江西·一模）L-天冬酰胺酶（L-ASNase）是一种酰胺基水解酶，可催化天冬酰胺脱氨基生成天冬
氨酸和氨。L-ASNase 具有抗肿瘤活性，已用于治疗淋巴系统的恶性肿瘤。L-ASNase 常通过重组菌以蔗糖
为碳源进行发酵生产。回答下列问题：
(1)科研人员用重组菌发酵产物制备L-ASNase 粗酶液并进行酶活性测定，大致流程如图所示（注：OD 值
的大小与被测物质浓度或微生物数量成正比）。
①测定酶活性时，磷酸盐缓冲液的作用是
；
②推测37℃反应10min 后加入三氯乙酸的目的是 ；对照组应在 时加入三氯乙酸。
③计算酶活性是指将 比对，计算出L-ASNase 活性。
(2)蔗糖浓度对菌体生长和产酶量有较大的影响。研究人员对初始培养基中的蔗糖质量浓度进行优化，结果
如图所示。图示结果说明，在一定质量浓度范围内，随着蔗糖质量浓度的增加，菌体量和L-ASNase 产量
；酶活性与蔗糖质量浓度的关系是
。
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(3)L-天冬酰胺是人体的非必需氨基酸，而淋巴瘤细胞自身不能合成该氨基酸，使其生长增殖被抑制。为了
验证L-ASNase 对淋巴瘤细胞的生长增殖具有抑制作用，兴趣小组同学利用正常淋巴细胞、淋巴瘤细胞、
培养液（含细胞生长所需物质）、L-ASNase 等进行实验。对照组应设计为：
；实
验组设计为：培养液+L-ASNase+淋巴瘤细胞，适宜条件下培养后，观察细胞生长增殖状态，检测细胞内和
培养液中L-天冬酰胺含量；预期实验结果为：实验组培养液和细胞内L-天冬酰胺含量分别表现为
，细胞不能正常生长增殖；对照组培养液和细胞内L-天冬酰胺含量分别表现为缺乏、正常，细胞正常生长
增殖。
6．（2025·山西·一模）全球范围的大气CO2浓度升高将直接影响植物的生长发育和代谢。本研究以密闭容
器中生存的闽楠幼苗为研究对象，探究不同CO2浓度对闽楠幼苗光合作用、氮素营养的分配情况的影响，
结果如下表。请回答下列问题：
处理
CO2浓度
（μmol·mol-1）
最大净光
合速率
（μmol·m-2·S-1）
最大RuBP
羧化速率
（μmol·m-2·S-1）
RuBP 羧化
反应分配的氮素
（g·g-1）
光反应分配的氮素
（g·g-1）
对照
组
350.0
6.0
22.5
0.2
0.1
T1
500.0
6.5
24.2
0.2
0.1
T2
700.0
4.9
18.4
0.1
0.1
注：最大RuBP 羧化速率指特定条件下植物叶片中固定CO2的Rubisco 酶催化反应的最大速率
(1)随着CO2浓度升高，闽楠幼苗光合作用积累有机物总量变化为
。
(2)氮元素被植物吸收，可用于合成光合作用所需的物质有 （至少写出两种）。结合氮素营养
的分配情况，分析CO2浓度升高对光反应的影响为 ，判断理由是
。
(3)结合实验结果分析，与T1处理相比，T2处理闽楠幼苗光合作用强度下降的原因为
。
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7．（2025·四川巴中·一模）19 世纪末科学家形成了光合作用的整体反应式，但整体反应式只是表征了反应
物和生成物之间的关系，并未说明所涉及的机制。直到1905 年，布莱克曼在研究光合速率与环境因素(如
图所示)的关系时有所突破。请回答下列问题：
(1)上图中实验的自变量为 ，在0～150fc 的低光照强度下，光合作用速率随光照强度的增加而
增加，与温度无关，这说明 。
(2)布莱克曼推测光合作用中存在两个阶段：一个是光依赖性反应，另一个是非光依赖性反应。据图分析，
布莱克曼认为存在非光依赖性反应的依据是 。
(3)后来瓦尔堡利用小球藻进行闪光实验验证布莱克曼的推测，处理方式和结果如图所示。
①据图推测，如果B 组的光合产物量在 范围时，说明光合作用存在非光依赖性的反应，由此
证明了布莱克曼的推测。
②科学家在B 组基础上增设了多组改变光暗交替频率的实验，总光照时间与B 组一致，发现在较高的光暗
交替频率条件下，光合产物量很接近A 组。请从光反应和暗反应的关系角度解释原因
。
8．（2025·河北保定·模拟预测）图1 为拟南芥叶肉细胞中提取的色素条带示意图。科研人员以野生型拟南
芥植株为材料进行了相关实验，其叶肉细胞渗透压、叶片ABA 含量和气孔阻力（与气孔开闭程度有关，
气孔全开时气孔阻力最小）之间的变化关系如图2 所示，ABA 调节气孔关闭与保卫细胞内K+浓度有关，
其作用机制如图3 所示。回答下列问题：
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(1)图1 中4 条色带的宽度代表 ，4 种色素之所以能彼此分离，其原因是 。
(2)据图2 可知，对拟南芥停止浇水后，拟南芥的光合速率降低，其原因是
。
(3)据图3 可知，停止浇水2 天后，ABA 含量升高使气孔阻力增大的机理是ABA 促进 运入保卫细胞，
一方面抑制
；另一方面促进
。
31
