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大题01 细胞代谢类
分析历年考情，命题规律，并预测2025 年高考考向
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：
2025 年考试趋势、范围、考情和考项预测
考试趋势：可能会更加注重对实验探究能力和解决实际问题能力的考查。题目可能会结合生产生活中的实
际情境，要求考生运用细胞代谢的知识来解释现象、解决问题。
考试范围：重点依然是酶、ATP、光合作用和细胞呼吸等核心知识。可能会涉及有关酶的实验设计与探究，
如酶的特性、影响酶活性的因素等；光合作用和细胞呼吸的过程、影响因素及相关原理在农业生产实践中
的应用也会是考查重点，还可能会综合考查光合作用与细胞呼吸的关系。
考情考项：题型上，选择题和非选择题都可能出现。在非选择题中，可能会以实验分析、图表分析、曲线
分析等形式呈现，考查学生对知识的理解和应用能力。考点方面，除了上述重点知识外，还可能会结合物
质进出细胞的方式，考查细胞代谢的物质基础和环境条件。
历年全国高考题中细胞代谢类题目题号及考点（以全国卷为例）
2024 年：未查到明确的细胞代谢类题目在全国卷中的具体题号和考点信息。但根据高考生物命题特点，可
能在选择题或非选择题中涉及酶、光合作用、细胞呼吸等相关知识的考查。
2023 年：同样未查到详细的题目题号等信息。不过通常会在相关专题模块中考查细胞代谢内容，如在物质
运输、酶和ATP、细胞呼吸、光合作用等专题下的题目可能涉及细胞代谢。
2022 年：在一些全国卷的第29 题、第30 题有涉及细胞代谢相关内容，如细胞的分子组成及细胞代谢、动
物生命活动调节及细胞代谢等。具体考点可能包括细胞代谢过程中的物质变化、能量转换，以及激素调节
与细胞代谢的关系等。
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典例一： 细胞呼吸的过程、影响因素与应用
（2020 年江苏省高考生物试卷·30）研究发现，线粒体内的部分代谢产物可参与调控核内基因的表达，进
而调控细胞的功能。下图为T 细胞中发生上述情况的示意图，请据图回答下列问题：
（1）丙酮酸进入线粒体后先经氧化脱羧形成乙酰辅酶A，再彻底分解成__________和[H]。[H]经一系列
复杂反应与__________结合，产生水和大量的能量，同时产生自由基。
（2）线粒体中产生的乙酰辅酶A 可以进入细胞核，使染色质中与__________结合的蛋白质乙酰化，激活
干扰素基因的转录。
（3）线粒体内产生的自由基穿过线粒体膜到__________中，激活NFAT 等调控转录的蛋白质分子，激活
的NFAT 可穿过__________进入细胞核，促进白细胞介素基因的转录。转录后形成的__________分子与核
糖体结合，经__________过程合成白细胞介素。
（4）T 细胞内乙酰辅酶A 和自由基调控核内基因的表达，其意义是__________。
答案 （1）CO2 O2
（2）DNA
（3）细胞质基质 核孔 mRNA 翻译
（4）提高机体的免疫能力
解析 （1）丙酮酸在线粒体中经氧化脱羧形成乙酰辅酶A 后，彻底分解产生 CO_2 和[H]，[H]与
O_2 结合生成水并释放大量能量，同时产生自由基。（2）线粒体产生的乙酰辅酶A 进入细胞核，使
与DNA 结合的蛋白质乙酰化，从而激活干扰素基因转录。（3）线粒体内产生的自由基穿过线粒体
膜进入细胞质基质，激活NFAT，NFAT 经核孔进入细胞核促进白细胞介素基因转录，转录形成的
mRNA 与核糖体结合，经翻译过程合成白细胞介素。（4）T 细胞内乙酰辅酶A 和自由基调控核内基
因表达，合成干扰素、白细胞介素等物质，有助于增强机体免疫能力。
一、细胞呼吸的过程、影响因素与应用设计技巧
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(有氧呼吸三个阶段的反应：
第一阶段：反应场所：细胞质基质；反应式C6H12O6
2C3H4O3(丙酮酸)+4[H]+少量能量
第二阶段：反应场所：线粒体基质；反应式：2C3H4O3(丙酮酸)+6H2O
20[H]+6CO2+少量能量
第三阶段：反应场所：线粒体内膜；反应式：24[H]+6O2
12H2O+大量能量(34ATP)
3、光反应和暗反应比较：
比较项目
光反应
暗反应
场所
基粒类囊体膜上
叶绿体的基质
条件
色素、光、酶、水、ADP、Pi
多种酶、CO2、ATP、[H]
反应产物
[H]、O2、ATP
有机物、ADP、Pi、水
物质变化
水的光解：2H2O
4[H]+O2
ATP 的生成：ADP+Pi
ATP
CO2的固定：CO2+C5
2C3
C3的还原：2C3
（CH2O）+C5+H2O
能量变化
光能→电能→ATP 中活跃的化学能
ATP 中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的
化学能
实质
光能转变为化学能，水光解产生
O2和[H]
同化CO2形成（CH2O）
联系
①光反应为暗反应提供[H]（以NADPH 形式存在）和ATP；
②暗反应产生的ADP 和Pi 为光反应合成ATP 提供原料；
③没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成
照表中内容，围绕真核细胞中ATP 的合成来完成下表。
反应部位
（1）
__________
叶绿体的类囊体膜
线粒体
反应物
葡萄糖
丙酮酸等
反应名称
（2）
__________
光合作用的光反应
有氧呼吸的部分过程
合成ATP 的能量来源
化学能
（3）__________
化学能
3
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终产物（除ATP 外）
乙醇、CO2
（4）__________
（5）__________
答案 （1）细胞质基质
（2）无氧呼吸
（3）光能
（4）O2、NADPH
（5）H2O、CO2
解析 （1）葡萄糖在细胞质基质中进行无氧呼吸产生乙醇、 CO_2 和少量ATP。（2）该反应为无氧呼吸。
（3）叶绿体类囊体膜上进行光合作用的光反应，能量来源于光能。（4）光反应阶段水的光解产生 O_2，
同时生成NADPH 和ATP。（5）线粒体中进行有氧呼吸的部分过程，产生 H_2O、 CO_2 和大量ATP。
典例二：光合作用的过程及其影响因素
（2023·山东·高考真题）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体（PSⅡ）造
成损伤，使PSⅡ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭（NPQ）将过剩的
光能耗散，减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H 蛋白有2 个功能：①修复损伤的PSⅡ；②参
与NPQ 的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H 基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所
示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为______。该实验的无关变量中，影响光合作用强度的主要环境因素有_________
（答出2 个因素即可）。
(2)根据本实验，____（填“能”或“不能”）比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱，理
由是__________。
(3)据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量__________（填“多”或
“少”）。若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是__________。
答案 (1)光、H 蛋白 CO2浓度、温度
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(2)不能 突变体PS11 系统光损伤小但不能修复，野生型光PS11 系统损伤大但能修复
(3)少 突变体PNQ 高，PS11 系统损伤小，虽然损伤不能修复，但是PS11 活性高，光反应产物多
解析 光合作用过程：（1）光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP 和NADPH 的生成；
（2）暗反应场所在叶绿体的基质，发生CO2的固定和C3的还原，消耗ATP 和NADPH。
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：
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。
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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。
通过研究遮阴对花生光合作用的影响，为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟，每天定
时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。
处
理
指标
光饱和点
（klx）
光补偿
点
（lx）
低于5klx 光合曲线
的斜率（mgCO2．
dm-2．hr-1．klx-1）
叶绿素含量
（mg·dm-2）
单株光合
产量（g
干重）
单株叶光
合产量
（g 干
重）
单株果实
光合产量
（g 干
重）
不
遮
阴
40
550
1.22
2.09
18.92
3.25
8.25
遮
阴2
小
时
35
515
1.23
2.66
18.84
3.05
8.21
遮
阴4
小
时
30
500
1.46
3.03
16.64
3.05
6.13
注：光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线。
回答下列问题：
(1)从实验结果可知，花生可适应弱光环境，原因是在遮阴条件下，植株通过增加___________，提高吸收
光的能力；结合光饱和点的变化趋势，说明植株在较低光强度下也能达到最大的___________；结合光补
偿点的变化趋势，说明植株通过降低___________，使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据
表中___________的指标可以判断，实验范围内，遮阴时间越长，植株利用弱光的效率越高。
(2)植物的光合产物主要以___________形式提供给各器官。根据相关指标的分析，表明较长遮阴处理下，
植株优先将光合产物分配至___________中。
(3)与不遮阴相比，两种遮阴处理的光合产量均___________。根据实验结果推测，在花生与其他高秆作物
进行间种时，高秆作物一天内对花生的遮阴时间为___________（A．<2 小时 B．2 小时
C．4 小时 D．>4 小时），才能获得较高的花生产量。
答案 (1) 叶绿素含量 光合速率 呼吸速率 低于5klx 光合曲线的斜率
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(2) 蔗糖 叶
(3) 下降 A
解析 (1)遮阴条件下，花生通过增加叶绿素含量提高吸收光的能力；光饱和点降低，说明植株在较低
光强度下也能达到最大光合速率；光补偿点下降，意味着植株降低了呼吸速率，在较低光强下就能积
累有机物；低于5klx 光合曲线的斜率越大，植株利用弱光的效率越高。(2)植物光合产物主要以蔗糖
形式运输到各器官；较长遮阴处理下，单株叶光合产量变化不大，单株果实光合产量下降，说明植株
优先将光合产物分配至叶中。(3)与不遮阴相比，遮阴处理的单株光合产量均下降；为获得较高花生产
量，高秆作物对花生的遮阴时间应小于2 小时 。
根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3
植物的低。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。回答
下列问题。
(1)不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是
____________（答出3 点即可）。
(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是____________（答出1 点即可）。
(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物
CO2补偿点的角度分析，可能的原因是______________。
答案 (1)O2、[H]和ATP
(2)自身呼吸消耗或建造植物体结构
(3)C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2
解析 (1)光合作用光反应阶段的产物是 O_2、[H]和ATP。(2)植物叶片光合产物部分用于自身呼吸消
耗和构建植物体结构，所以不会全部运输到其他部位。(3)干旱时气孔开度减小， CO_2 吸收减少，
C_4 植物 CO_2 补偿点低，能利用较低浓度的 CO_2，在同等干旱条件下受影响较小，生长得比
C_3 植物好。
1.（2021 湖南高考真题）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
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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。
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_________。
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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）类囊体薄膜；NADPH；减慢 （2）①Fecy；叶绿体A 和叶绿体B 以Fecy 为电子受体时放
氧量差异大，以DCIP 为电子受体时放氧量差异小 ②光反应相关物质的接触和反应 ③DCIP 具有亲
脂性，可进入类囊体膜，叶绿体A 双层膜完整，限制了DCIP 与类囊体膜上相关物质的接触，ATP 产
生效率低；叶绿体B 双层膜局部受损，部分DCIP 可进入，ATP 产生效率有所提高；叶绿体C 双层膜
瓦解，DCIP 更易进入，ATP 产生效率更高；叶绿体D 膜结构解体，相关反应受到严重破坏，ATP 产
生效率最低
解析（1）图b 表示叶绿体的类囊体薄膜结构，光反应将光能转化为NADPH 和ATP 中活跃的化学
能； CO_2 浓度降低，暗反应减慢，NADP⁺减少，电子传递速率会减慢。（2）①比较叶绿体A 和叶
绿体B 以Fecy、DCIP 为电子受体时的放氧量，发现以Fecy 为电子受体时放氧量差异大，说明叶绿
体双层膜对以Fecy 为电子受体的光反应有明显阻碍作用。②叶绿体C 光反应速率最高，表明无双层
膜阻碍、类囊体松散有利于光反应相关物质的接触和反应，从而提高光反应速率。③DCIP 亲脂性使
其可进入类囊体膜，不同叶绿体膜结构完整性不同，影响DCIP 与相关物质接触，进而导致ATP 产生
效率不同 。
2.（2021 年海南高考真题）植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工
厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。
(1)植物工厂用营养液培植生菜过程中，需定时向营养液通入空气，目的是____________。除通气外，还需
更换营养液，其主要原因是____________。
(2)植物工厂选用红蓝光组合LED 灯培植生菜，选用红蓝光的依据是____________。生菜成熟叶片在不同
光照强度下光合速率的变化曲线如图，培植区的光照强度应设置在____________点所对应的光照强度；为
提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度，该条件下B 点的移动方向是____________。
(3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14h/10h，研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响，结果
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如图，光合作用最适温度比呼吸作用最适温度____________；若将培植区的温度从T5调至T6，培植24h 后，
与调温前相比，生菜植株的有机物积累量________________________。
答案 (1)促进根系细胞的有氧呼吸，有利于根对矿质元素的吸收；防止营养液中因微生物滋生等导致
有害物质积累，影响生菜生长 (2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，对其他光吸收较少；B；向右上方
移动 (3)低；减少
解析 (1)定时向营养液通入空气，能促进根系细胞有氧呼吸，为根吸收矿质元素提供能量；更换营养
液可防止微生物滋生产生有害物质，影响生菜生长。(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，选用红蓝光能
提高光合作用效率；B 点光合速率最大，培植区光照强度应设在此处；提高 CO_2 浓度，光合速率增
强，B 点向右上方移动。(3)由图可知，光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低；将温度从T5 调至
T6，呼吸作用增强幅度大于光合作用，生菜植株有机物积累量减少。
3.（2021 年福建高考真题）大气中浓度持续升高的CO2会导致海水酸化，影响海洋藻类生长进而影响海洋
生态。龙须菜是我国重要的一种海洋大型经济藻类，生长速度快，一年可多次种植和收获。科研人员设置
不同大气CO2浓度（大气CO2浓度LC 和高CO2浓度HC）和磷浓度（低磷浓度LP 和高磷浓度HP）的实验
组合进行相关实验，结果如下图所示。
回答下列问题：
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(1)本实验的目的是探究在一定光照强度下，____________。
(2)ATP 水解酶的主要功能是____________。ATP 水解酶活性可通过测定____________表示。
(3)由图1、2 可知，在较强的光照强度下，HC+HP 处理比LC+HP 处理的龙须菜净光合速率低，推测原因
是在酸化环境中，龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素，因而细胞____________增强，
导致有机物消耗增加。
(4)由图2 可知，大气CO2条件下，高磷浓度能____________龙须菜的净光合速率。磷等矿质元素的大量排
放导致了某海域海水富营养化，有人提出可以在该海域种植龙须菜。结合以上研究结果，从经济效益和环
境保护的角度分析种植龙须菜的理由是____________。
答案 (1)大气 CO_2 浓度和磷浓度对龙须菜生长及光合作用的影响 (2)催化ATP 水解，为细胞生命活
动提供能量；单位时间内ATP 水解产生的Pi 量（或ADP 生成量） (3)呼吸作用 (4)提高；龙须菜在
高磷浓度和大气 CO_2 条件下净光合速率高，生长速度快，可收获用于经济生产；同时能吸收海水中
的磷等矿质元素，缓解海水富营养化问题
解析 (1)根据实验设置，目的是探究大气 CO_2 浓度和磷浓度对龙须菜生长及光合作用的影响。(2)ATP 水解
酶催化ATP 水解，为细胞供能，其活性可通过测定单位时间内ATP 水解产生的Pi 量或ADP 生成量来表示。
(3)酸化环境中龙须菜维持细胞酸碱度稳态需吸收更多矿质元素，呼吸作用增强，有机物消耗增加，导致净
光合速率降低。(4)由图2 可知，大气 CO_2 条件下，高磷浓度能提高龙须菜净光合速率；从经济效益和环
保角度，龙须菜可用于生产，还能吸收海水中磷元素，缓解海水富营养化。
4.（2023·浙江·统考高考真题）植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2浓度等
因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜
幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下：CK 组（白光）、A 组（红光：蓝光=1：2）、B 组（红光：蓝
光=3：2）、C 组（红光：蓝光=2：1），每组输出的功率相同。
回答下列问题：
(1)光为生菜的光合作用提供______，又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮
元素需求，若营养液中的离子浓度过高，根细胞会因______作用失水造成生菜萎蔫。
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(2)由图乙可知，A、B、C 组的干重都比CK 组高，原因是______。由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比
为______，最有利于生菜产量的提高，原因是______。
(3)进一步探究在不同温度条件下，增施CO2对生菜光合速率的影响，结果如图丙所示。由图可知，在25℃
时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳，判断依据是______。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，
冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以______，使光合速率进一步提高，从农业生态工程角度分析，优
点还有______。
答案 (1)能量；渗透 (2)红、蓝光能被生菜有效吸收用于光合作用，比白光更能促进生菜生长；2：
1；此时生菜叶绿素含量和氮含量高，干重最大 (3)在25℃时，提高 CO_2 浓度后光合速率增加的幅
度最大；提高温度；充分利用废弃物，实现能量的多级利用，减少环境污染
解析 (1)光为光合作用提供能量，营养液离子浓度过高时，根细胞会因渗透作用失水。(2)A、B、C 组
选用红、蓝光，能被生菜有效吸收，促进光合作用，干重比CK 组高；红、蓝光配比为2：1 时，生菜
叶绿素和氮含量高，干重最大，最有利于提高产量。(3)25℃时提高 CO_2 浓度，光合速率增加幅度
最大；燃烧沼气可提高温度，促进光合作用；从农业生态工程角度，还能充分利用废弃物，实现能量
多级利用，减少环境污染。
5.（2021 年全国乙卷）生活在干旱地区的一些植物（如植物甲）具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上
气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧
释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
（1）白天叶肉细胞产生ATP 的场所有__________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和
______________释放的CO2。
（2）气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止______________，
又能保证_____________正常进行。
（3）若以pH 作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。
_____（简要写出实验思路和预期结果）
答案（1）细胞质基质、线粒体、叶绿体；细胞呼吸（2）水分过度散失；光合作用（3）实验思路：
取生长状态相同的植物甲若干，均分为两组，一组在正常环境下培养（对照组），另一组在干旱环境
下培养（实验组）。在白天和晚上相同时间分别测定两组植物细胞液的pH。预期结果：实验组白天
细胞液pH 比晚上高，对照组白天和晚上细胞液pH 无明显差异
解析（1）白天叶肉细胞进行光合作用和呼吸作用，产生ATP 的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿
体；光合作用所需 CO_2 来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的 CO_2。（2）气孔白天关闭、晚上打
开，既能防止水分过度散失，又能保证光合作用正常进行。（3）根据植物甲特殊的 CO_2 固定方
式，设计实验对比正常和干旱环境下植物细胞液pH 在白天和晚上的变化，若实验组白天细胞液pH
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比晚上高，对照组无明显差异，可验证该特殊固定方式。
6.（2021 年河北卷）为探究水和氮对光合作用的影响，研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组，
在限制水肥的条件下做如下处理：（1）对照组；（2）施氮组，补充尿素（12g·m-2）（3）水+氮组，补充
尿素（12g·m-2）同时补水。检测相关生理指标，结果见下表。
生理指标
对照组
施氮组
水+氮组
自由水/结合水
6.2
6.8
7.8
气孔导度（mmol·m-2s-1）
85
65
196
叶绿素含量（mg·g-1）
9.8
11.8
12.6
RuBP 羧化酶活性（μmol·h-1g-1）
316
640
716
光合速率（μmol·m-2s-1）
6.5
8.5
11.4
注：气孔导度反映气孔开放的程度
回答下列问题：
（1）植物细胞中自由水的生理作用包括____________________等（写出两点即可）。补充水分可以促进
玉米根系对氮的__________，提高植株氮供应水平。
（2）参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与__________离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光
能，用于驱动__________两种物质的合成以及__________的分解；RuBP 羧化酶将CO2转变为羧基加到
__________分子上，反应形成的产物被还原为糖类。
（3）施氮同时补充水分增加了光合速率，这需要足量的CO2供应。据实验结果分析，叶肉细胞CO2供应
量增加的原因是______________________________。
答案（1）是良好的溶剂、参与细胞内的许多生化反应；吸收和运输（2） Mg^{2 + }；ATP、
NADPH；水； C_5（3）施氮同时补充水分，提高了气孔导度，增加了 CO_2 的吸收量
解析（1）自由水是良好溶剂，参与细胞内许多生化反应，还能运输营养物质和代谢废物等；补充水分可
促进玉米根系对氮的吸收和运输。（2）氮与 Mg^{2 + }参与组成叶绿素，叶绿素吸收光能驱动ATP、
NADPH 的合成以及水的分解；RuBP 羧化酶将 CO_2 加到 C_5 分子上。（3）施氮同时补水提高了气孔导度，
使叶肉细胞吸收 CO_2 的量增加，从而提高光合速率。
8. （2022·湖南·高考真题）将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长
的基质。某水稻品种在光照强度为8～10μmol/（s·m2）时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量;日照
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时长短于12 小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1 天后，播种于沙床上。将
沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35℃/25℃，光照强度为2μmol/（s·m2），每天光照时长为
14 小时。回答下列问题:
(1)在此条件下，该水稻种子____（填“能”或“不能”）萌发并成苗（以株高≥2 厘米，至少1 片绿叶视
为成苗），理由是_____________________________。
(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10μmol/（s·m2），其他条件与上述实验相同，该
水稻___（填“能”或“不能”）繁育出新的种子，理由是___________________（答出两点即可）。
(3)若该水稻种子用于稻田直播（即将种子直接撒播于农田），为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，
该种子应具有_________特性。
答案 (1)能；种子萌发初期，可利用自身储存的营养物质进行细胞呼吸和生长，且光照强度虽低但能
进行一定的光合作用制造有机物 (2)不能；光照强度为10μmol/（s· m^2）时，光合速率等于呼吸速
率，无有机物积累；日照时长为14 小时大于12 小时，不能满足该水稻开花的光照条件 (3)在水中能
正常萌发且具有较强的抗逆（如抗涝、抗病虫害等）
解析 (1)种子萌发初期依靠自身储存的营养物质进行生命活动，且此时光照虽弱但仍能进行光合作用制造
有机物，所以能萌发并成苗。(2)光照强度为10μmol/（s· m^2）时，光合速率等于呼吸速率，没有有机物
积累；该水稻日照时长短于12 小时才能开花，14 小时的光照时长不满足开花条件，所以不能繁育出新种
子。(3)稻田直播需灌水覆盖，种子应能在水中正常萌发且具备抗逆特性，如抗涝、抗病虫害等。
9.（2021 年天津卷）Rubisco 是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合，形成C3和
C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco 的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合
效率。
(1)蓝细菌具有CO2浓缩机制，如下图所示。
注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散
据图分析，CO2依次以___________和___________方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制
可提高羧化体中Rubisco 周围的CO2浓度，从而通过促进___________和抑制___________提高光合效率。
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(2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco 的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发
挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的___________中观察到羧化体。
(3)研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HCO3
-和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作
用，理论上该转基因植株暗反应水平应___________，光反应水平应___________，从而提高光合速率。
答案 (1)自由扩散；主动运输； CO_2 固定； O_2 与 C_5 结合 (2)叶绿体基质 (3)提高；提高
解析 (1) CO_2 通过细胞膜是自由扩散，通过光合片层膜是主动运输；蓝细菌的 CO_2 浓缩机制提高
羧化体中Rubisco 周围的 CO_2 浓度，促进 CO_2 固定，抑制 O_2 与 C_5 结合，从而提高光合效
率。(2)羧化体参与暗反应，若其在烟草中发挥作用，应能在转基因烟草细胞的叶绿体基质中观察到。
(3)转入相关转运蛋白基因并成功表达，可提高转基因植株暗反应水平，暗反应增强会促进光反应，进
而提高光反应水平，提高光合速率。
9. （2023·全国·统考高考真题）某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液
照光后糖产生。回答下列问题。
(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用
的方法是_____（答出1 种即可）。叶绿体中光合色素分布_____上，其中类胡萝卜素主要吸收_____（填
“蓝紫光”“红光”或“绿光”）。
(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是
_____。
(3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路
和预期结果。_____
答案 (1)差速离心法；类囊体薄膜；蓝紫光 (2)光反应在类囊体薄膜上进行，黑暗条件下无法进行光
反应，不能产生[H]和ATP，暗反应缺少[H]和ATP 无法进行，所以不能产生糖 (3)实验思路：取适量
叶绿体悬浮液，黑暗处理一段时间消耗原有淀粉，然后给予光照，一段时间后，向悬浮液中加入碘
液。预期结果：出现蓝色，说明叶绿体中有淀粉存在
解析 (1)常用差速离心法分离叶绿体与其他细胞器；光合色素分布在类囊体薄膜上，类胡萝卜素主要吸收
蓝紫光。(2)光反应为暗反应提供[H]和ATP，黑暗条件下光反应无法进行，没有[H]和ATP，暗反应不能进行，
也就不能产生糖。(3)先黑暗处理消耗叶绿体中原有的淀粉
11.（2021 年江苏高考真题）线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。下图示叶肉细胞中部分代谢途径，虚
线框内示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”，请据图回答下列问题。
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(1)叶绿体在___上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是_____。
(2)光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖（C3），为维持光合作用持续进行，部分新
合成的C3必须用于再生______；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当
于固定了___个CO2分子。
(3)在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酸乙酸/苹果酸穿梭可有效地
将光照产生的______中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为______中的化学能。
(4)为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素（电子传递链抑制剂）处理大麦，实验方法是:取培养
10~14d 大麦苗，将其茎漫入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，
测定，计算光合放氧速率（单位为µmolO2•mg-1chl•h-1，chl 为叶绿素）。请完成下表。
实验步骤的目的
简要操作过程
配制不同浓度的寡霉素丙酮
溶液
寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，并用丙酮稀释成不同
药物浓度，用于加入水中
设置寡霉素为单一变量的对
照组
①_______________
②_______________
对照组和各实验组均测定多个大麦叶片
光合放氧测定
用氧电极测定叶片放氧
③_______________
称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定
答案 (1)类囊体薄膜；叶绿素和类胡萝卜素 (2) C_5；12 (3)NADPH；ATP (4)①取等量的培养10 -
14d 大麦苗，将其茎浸入等量的不含寡霉素的丙酮水溶液中 ②多次重复实验 ③测定叶绿素含量
解析 (1)叶绿体在类囊体薄膜上将光能转化为化学能，参与的两类色素是叶绿素和类胡萝卜素。(2)部分新
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合成的 C_3 用于再生 C_5，以维持光合作用持续进行；一分子蔗糖由两分子葡萄糖组成，每固定6 分子
CO_2 合成一分子葡萄糖，所以运出一分子蔗糖相当于固定了12 个 CO_2 分子。(3)草酸乙酸/苹果酸穿梭将
光照产生的NADPH 中的还原能输出叶绿体，经线粒体转化为ATP 中的化学能。(4)①设置对照组，应取等
量大麦苗浸入不含寡霉素的丙酮水溶液中。②多次重复实验可减小误差。③测定叶绿素含量，用于计算光
合放氧速率。
1.（合肥市2023 年高三第二次教学质量检测）蓝细菌是一类光能自养型细菌，其光合作用
原理与高等植
物相似，但具有一种特殊的CO2浓缩机制，如图所示，其中羧化体具有蛋白质外壳，可避免CO2逃逸。回
答下列问题：
（1）蓝细菌的光合片层膜上含__________等色素及相关的酶，相当于高等植物叶绿体中__________膜，
可进行光反应过程。
（2）过程X 中，C3接收___________释放的能量，并且被__________还原，再经过一系列反应转化成糖类
和C5。
（3）水体中CO2浓度低，扩散速度慢，但蓝细菌能通过CO2浓缩机制高效进行光合作用，据图分析CO2
浓缩的机制有__________（至少答出两点）。
（4）蓝细菌大量繁殖会形成水华，影响淡水水质和水生动物的生存。科研人员在适宜CO2浓度条件下，
探究温度和光照强度对蓝细菌光合作用强度的影响，结果如图所示。
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①图中C 点时，蓝细菌30℃条件下产生的氧气量__________（填“等于”“大于”或“小于”）20℃条件
下产生的氧气量。
②水华现象一般发生在夏季，据图分析可能的原因是__________。
答案（1）叶绿素和藻蓝素；类囊体 （2）ATP；[H]
（3）蓝细菌通过 HCO_3^ - 转运蛋白吸收 HCO_3^ - ，并在细胞内转化为 CO_2；羧化体的蛋白
质外壳可避免 CO_2 逃逸；通过 CO_2 转运蛋白将 CO_2 运输到羧化体中（答出两点即可）
（4）①大于；②夏季温度较高、光照强度较强，蓝细菌光合作用强度大，繁殖速度快
解析（1）蓝细菌光合片层膜上含有叶绿素和藻蓝素等色素及相关酶，其功能与高等植物叶绿体的类
囊体膜类似，可进行光反应。
（2）在光合作用暗反应过程X 中， C_3 接受ATP 释放的能量，并被[H]还原，经过一系列反应转化
为糖类和 C_5。
（3）从图中可知，蓝细菌浓缩 CO_2 的机制包括：通过 HCO_3^ - 转运蛋白吸收 HCO_3^ - 并转
化为 CO_2 、羧化体的蛋白质外壳防止 CO_2 逃逸、 CO_2 转运蛋白运输 CO_2 到羧化体等 。
（4）①图中C 点时，30℃条件下蓝细菌的净光合速率大于20℃条件下的，且呼吸速率也更大，总光
合速率=净光合速率+呼吸速率，所以30℃条件下产生的氧气量大于20℃条件下的。②夏季温度高、
光照强，蓝细菌光合作用强度大，繁殖速度加快，易形成水华。
2.（合肥市2023 年高三第一次教学质量检测）植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、CO2浓度和营
养液成分等条件下生产蔬菜等植物，是一种智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生
蔬菜，生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图所示，回答下列问题：
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（1）用生菜叶片作实验材料提取光合色素常用的试剂是______，用纸层析法分离光合色素的原理是
______。
（2）用营养液无土栽培生菜的过程中，智能系统偶发异常时会出现生菜根部溃烂现象，可能的原因是
______。
（3）a 点时，生菜叶肉细胞中能产生ATP 的场所是______；ac 段限 制生菜光合速率的内部因素主要是
______；为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度，该条件下c 点会向______方向移动。
（4）工作人员发现若营养液中缺乏Mg2+，生菜生长缓慢，叶片从绿色变成淡黄色，严重时会干枯脱落。
请根据“减法原理”和“加法原理”，设计实验证明Mg 是生菜生长的必需元素，写出实验思路______。
答案 （1）无水乙醇；不同光合色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得
快，反之则慢（2）智能系统异常时，营养液中溶氧不足，生菜根部细胞进行无氧呼吸产生酒精，酒
精积累导致根部溃烂（3）细胞质基质、线粒体；光合色素含量和酶的数量；右上方（4）减法原理实
验思路：将生长状况相同的生菜幼苗均分为两组，一组用完全营养液培养（对照组），另一组用缺
Mg^{2 + }的完全营养液培养（实验组），在相同且适宜的条件下培养一段时间，观察两组生菜的生长
状况。加法原理实验思路：将生长状况相同且发黄的生菜幼苗均分为两组，一组用完全营养液培养
（对照组），另一组用添加 Mg^{2 + }的缺 Mg^{2 + }完全营养液培养（实验组），在相同且适宜的
条件下培养一段时间，观察两组生菜的生长状况
解析（1）提取光合色素常用无水乙醇，因为光合色素能溶解在无水乙醇中；纸层析法分离光合色素
的原理是不同色素在层析液中溶解度不同，扩散速度不同。
（2）智能系统异常时，营养液溶氧不足，生菜根部细胞进行无氧呼吸产生酒精，酒精对细胞有毒害
作用，积累后会导致根部溃烂。
（3）a 点时，生菜叶肉细胞只进行呼吸作用，产生ATP 的场所是细胞质基质和线粒体；ac 段随着光
照强度增加，光合速率增加，限制因素主要是内部的光合色素含量和酶的数量；提高 CO_2 浓度，光
合速率增强，光饱和点升高，c 点向右上方移动。
（4）根据减法原理，去除 Mg^{2 + }观察生菜生长状况；根据加法原理，对缺 Mg^{2 + }发黄的生菜
补充 Mg^{2 + }，观察其生长状况，从而证明 Mg 是生菜生长的必需元素。
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3.（2024·高三安徽无为一中模拟题）经过200 多年的研究，科研人员对光合作用过程和相关机理已经非常
清晰。近年来，得益于科学技术的进步，人工光合作用发展迅速，重要研究成果不断涌现。人工光合作用
模仿植物的光合作用，实现了对太阳能的转化、存储和利用，被认为是应对全球能源挑战的重要途径。回
答下列问题：
(1)绿色植物的叶绿体是发生光反应和暗反应的重要场所。光反应将光能转化为化学能，产生了两种重要的
能量载体，即______________。而暗反应则利用这两种高能分子直接驱动______________（填“CO2
的固定”或“C3的还原”）进而合成有机物。
(2)近日，科学家利用微流体体系模拟植物的叶绿体，在细胞尺寸的“油包水液滴”中实现了CO2的固定和
光合成反应（如图所示）。
①将菠菜的类囊体薄膜、多种基酶以及足量的物质Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ等用“油”包裹起来，得到“油包水液滴”。
“油”、物质Ⅰ分别是_______________和______________。
②对“油包水液滴”采取光暗交替处理，发现NADPH 的含量在光期上升，暗期下降，随着光暗交替次数
的增加和交换频率的加快，NADPH 含量的增加量在减少。NADPH 含量的增加量随光暗交替次数增加而减
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少的原因是__________________________________________。
③通入充足的CO2并进行光暗交替处理后，从“油包水液滴”内检测到有乙醇酸（一种有机酸）的生成，
说明“油包水液滴”内的人工____________________反应系统构建成功。推测光暗交替处理过程中ATP
量的变化：________________________________________。
答案（1）ATP 和NADPH； C_3 的还原（2）①脂质； NADP^ + ；②随着光暗交替次数增加，“油
包水液滴”内的物质逐渐被消耗，用于合成NADPH 的原料减少；③光合；光期ATP 含量上升，暗期
ATP 含量下降
解析 （1）光反应产生的ATP 和NADPH 是重要的能量载体，暗反应中 C_3 的还原需要ATP 和
NADPH 提供能量和还原剂。
（2）①“油”模拟生物膜，应为脂质；物质Ⅰ参与光反应生成NADPH，所以是 NADP^ + 。②光暗交
替过程中，相关物质逐渐消耗，合成NADPH 的原料减少，导致其增加量随交替次数增加而减少。③
检测到乙醇酸生成，说明人工光合反应系统构建成功；光期进行光反应产生ATP，含量上升，暗期消
耗ATP，含量下降。
4.（2024·高三安庆市高三模拟题）为探究环境因素对光合作用强度的影响，某兴趣小组以菠菜叶为实验材
料，进行了如下实验。
①取新鲜的菠菜叶，用直径为0．6cm 的打孔器打出若干圆形小叶片。用注射器抽出圆形小叶片中的气体，
将圆形小叶片放入黑暗处盛有蒸馏水的烧杯中待用。
②取5 只小烧杯分组编号，分别加入20mL 蒸馏水和质量分数为0．5%、1%、1．5%、2%的NaHCO3溶液。
再向5 只烧杯中都放入20 片圆形小叶片，置于30℃且相同光照强度条件下，实验进行2min 和4min 时记录
上浮圆形小叶片的数量，实验结果如下表所示。回答下列问题：
组别
上浮数
量/片
时间
A 组蒸
馏水
B 组0．5%NaHCO3
溶液
C 组1%NaHCO3
溶液
D 组1．5%NaHCO3
溶液
E 组2%NaHCO3
溶液
2min
0
7
11
10
4
4min
0
15
16
13
7
21
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（1）将上表实验结果用柱形图的形式表示。
（2）本实验中，NaHCO3溶液的作用是______。
（3）该实验的目的是______。
（4）实验中圆形小叶片上浮的原因是______。
（5）有人认为实验中圆形小叶片上浮是由CO2气泡附着引起的。为此实验小组需要设置F 组作为对照，F
组的处理是______。在相同时间后未见圆形小叶片上浮，则说明NaHCO3溶液产生的CO2不足以引起圆形
小叶片上浮。
答案 （1）（柱形图绘制：横坐标为组别A - E，纵坐标为上浮数量，分别绘制2min 和4min 时不同组别的
柱形图，直观展示数据）
（2）提供 CO_2，为光合作用提供原料
（3）探究不同浓度 NaHCO_3 溶液（不同 CO_2 浓度）对菠菜叶光合作用强度的影响
（4）菠菜叶进行光合作用产生氧气，氧气积累在叶片细胞间隙，使叶片浮力增大而上浮
（5）向20mL 蒸馏水中加入与其他组等量的已抽出气体的圆形小叶片，但不添加 NaHCO_3 溶液
解析（1）根据表格数据绘制柱形图，能更直观地展示不同组别在不同时间的圆形小叶片上浮数量差
异。
（2） NaHCO_3 溶液可分解产生 CO_2，为光合作用提供原料。
（3）实验设置了不同浓度的 NaHCO_3 溶液，目的是探究不同 CO_2 浓度对菠菜叶光合作用强度的
影响。
（4）菠菜叶在光照下进行光合作用产生氧气，氧气积累使叶片上浮。
（5）设置对照F 组，不添加 NaHCO_3 溶液，其他条件相同，若圆形小叶片不上浮，可排除 CO_2
气泡附着导致上浮的干扰 。
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