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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
【答案】
(1)选择透过性 ATP、NADPH 和酶 细胞质基质
(2) 乙 常温下光合作用产生氧气的量大于呼吸作用消耗氧气的量，这样植物才能积累有机物，正常生
长
(3) 摇匀 稀释样液离心，取下层沉淀物 提取叶绿素 防止叶绿素降解
【分析】【关键能力】
（1）信息获取与加工
题干关键信息
所学知识
信息加工
蓝细菌的光合作用
光反应产生的ATP、NADPH 用于暗
反应，光合作用发生在叶绿体中
光合细菌是原核生物，没有
叶绿体结构，其光合作用在
相应结构完成
建立叶绿素a 含量
与蓝细菌密度关系
的数学模型
体积微小的生物可用显微镜直接计
数法计数；离心可分离不同密度的
物质或结构；色素可溶于无水乙
醇，可用无水乙醇提取色素；离体
的叶绿素见光会分解
要建立叶绿素a 含量与蓝细
菌密度的数学模型，则要测
定细胞数和叶绿素含量两套
数据
（2）逻辑线梳理：
3
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【详解】（1）类囊体膜允许某些物质通过，而限制另一些物质通过，这体现了类囊体膜具有选择透过性。
碳反应中，C3 在ATP、NADPH 和酶的作用下，三碳化合物被还原为糖类等有机物，蓝细菌是原核生物，
此过程发生在蓝细菌的细胞质基质中。
（2）光合作用产生氧气，而呼吸作用消耗氧气。一般来说，光合作用在一定温度范围内随温度升高而增
强，产生的氧气增多；呼吸作用在一定温度范围内随温度升高而增强，消耗的氧气增多。但通常光合作用
产生氧气的量大于呼吸作用消耗氧气的量，这样 植物才能积累有机物，正常生长，所以图2 中蓝细菌
光合放氧的曲线是乙。
（3）第一步：测定样液蓝细菌密度时，取样前需摇匀，以保证计数的准确性。
第二步：浓缩蓝细菌，将稀释样液离心，取下层沉淀物。
第三步：将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮，是为了提取叶绿素 。
第四步：用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管，避光存放，以防止叶绿素降解。
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
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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。
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。
【答案】
(1) 假设一：若一品红的红色叶片具有光合作用的能力，则红色叶片内可检测到淀 粉；
假设二：若一品红的红色叶片不具有光合作用的能力，则红色叶片内无法检 测到淀粉 红叶+光照
变蓝（对应假设一）或不变蓝（对应假设二） 红叶+黑暗 不变蓝 增加细胞透性，使水溶性
色素渗出 充分去除脂溶性色素
5
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(2) 叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能 抑制 液泡 吸收过剩光能的 自身和下
部绿叶 媒介昆虫（蜜蜂、蝴蝶等）
【分析】【关键能力】
（1）信息获取与加工
题干关键信息
所学知识
信息加工
提出问题：红叶是
否具有光合作用能
力
光合作用可产生淀粉，可
用碘液进行检测，出现蓝
色，说明有淀粉产生
假设一：若一品红的红色叶片具有光
合作用的能力，则红色叶片内可检测
到淀粉；假设二：若一品红的红色叶
片不具有光合作用的能力，则红色叶
片内无法检测到淀粉
qNP 值反映叶绿体
通过热耗散的方式
去除过剩光能的能
力
当光能过强时，可能会灼
伤叶绿体
储藏在细胞的液泡中花青素，可通过
吸收吸收多余光能（蓝光、绿光）的
方式，从而保护叶绿体不受强光损伤
（2）逻辑推理与论证：
【详解】（1）根据实验的问题，提出假设一：若一品红的红色叶片具有光合作用的能力，则红色叶片内
可检测到淀 粉；
假设二：若一品红的红色叶片不具有光合作用的能力，则红色叶片内无法检 测到淀粉。
为探究红叶是否像绿叶一样具有光合作用的能力，需分别设置绿叶+光照、绿叶+黑暗、红叶+光照、红叶
+黑暗四个小组。若假设红叶具有光合作用能力成立，则红叶+光照组中，溶液变蓝；红叶+黑暗组中，溶
液不变蓝。若假设红叶不具有光合作用能力成立，则红叶+光照组中，溶液不变蓝；红叶+黑暗组中，溶液
不变蓝。整个实验步骤中，先用沸水处理叶片，增加细胞透性，使水溶性色素渗出；再将叶片转移到甲醇
溶液中充分去除脂溶性色素，以免影响后续实验结果的观察。
（2）分析图甲可知，自变量为光照强度和叶片颜色，因变量为qNP 值，当光照强度为500～
2000μmol·m-2·s-1 范围内时，红叶的qNP 值较小，即红叶中叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力
较弱。
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分析图乙可知，随着光照强度的增加，绿叶的ETR 值显增大，当光照强度超过800μmol·m-2·s-1 时，ETR
值减小，即随着光照强度增加，绿叶光合速率先增大后减小，推出光照强度超过一定范围时，绿叶的光合
作用反而被抑制。而根据图示可知，在光照强度为500～2000μmol·m-2·s-1 范围内时，红叶并未出现光合
作用被抑制的情况。
红叶中叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力较低，结合图丙可知，储藏在细胞的液泡中花青素，
可通过吸收吸收多余光能（蓝光、绿光）的方式，从而保护叶绿体不受强光损伤。
大量研究表明，花青素具有缓解叶片中光氧化损伤的潜力，主要通过屏蔽叶绿体过多的高能量量子和清除
活性氧物质。综合上述研究结果可知，在强光环境下，大面积的红叶细胞中富含花青素，能有效保护自身
和下部绿叶不受强光损伤。一品红的花小，不受关注，但能依赖花瓣状的红叶吸引昆虫（蜜蜂、蝴蝶等），
为其完成传粉工作。
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
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
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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。
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。
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(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
。
【答案】
(1) 叶绿体基质 缺磷会影响磷脂分子的合成，进而影响类囊体薄膜的结构以及ATP 合成
(2)淀粉在夜间被分解成麦芽糖和葡萄糖，进而转化成可以输出的蔗糖，有利于白天更好进行光合作用，即
可以避免有机物积累对光合作用的抑制
(3)蔗糖是非还原性糖、化学性状稳定
(4)库 叶片中的蔗糖和淀粉因为输出减少而积累，导致丙糖磷酸积累，抑制暗反应过程，进而导致光
合速率下降
【分析】光合作用分为光反应和暗反应。光反应为暗反应提供ATP 和NADPH，暗反应为光反应提供
ADP、Pi、NADP+。经过光合作用，将无机物转变成糖类等有机物。
题图分析，图1 中暗反应的产物丙糖磷酸有两条去路，在叶绿体中转化为淀粉，在细胞质基质中转化成蔗
糖。这样可以减少丙糖磷酸在叶绿体中的积累，以调节渗透压；以及以非还原糖的形式将有机物运输至植
物体其他部位。
【详解】（1）光合作用暗反应进行的场所是叶绿体基质，暗反应阶段包括二氧化碳的固定和C3 的还原。
研究表明，缺磷会抑制光反应过程，这是因为P 是组成ATP 和NADPH 的元素，也是磷脂的组成元素，缺
磷会影响磷脂分钟的合成，进而影响类囊体薄膜的结构异常，也会导致ATP 和NADPH 合成受阻，进而影
响光反应的进行。
（2）结合图示可知，叶绿体中的淀粉在夜间被降解为麦芽糖和葡萄糖，而后转变成己糖磷酸，最后转变
成蔗糖并以蔗糖的形式转运到生长旺盛的部位或以淀粉的形式储存在块茎或果实中，这一过程减少了叶绿
体中淀粉的储存，进而有利于白天的光合作用进行，可以提高光合速率。
（3）结合图示可知，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
为运输物质的优点表现在，蔗糖是非还原性糖，化学性质稳定，有利于长距离运输。
（4）为研究棉花去棉铃后对叶片光合作用的影响，实际本实验的目的是探究，库的减少对源的影响，即
实验的自变量为库的不同，因变量是光合速率的变化，因此，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 CO2 固定速率。结果如图所示，根据图示结果可
知，随着去除棉铃百分率的上升，叶片干重逐渐上升，二氧化碳固定速率逐渐下降，即棉铃的减少，使得
叶片中淀粉和蔗糖储存增加，而淀粉和蔗糖在叶片中储存增加抑制了二氧化碳的固定速率，进而影响了光
合作用，也就是说，去除棉铃处理降低了“库”的大小，进而抑制棉花的光合作用，其抑制光合作用的机
制可描述为：叶片中蔗糖和淀粉因为输出受阻进而导致在叶片中积累，导致丙糖磷酸积累，影响了暗反应
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的进行，因而叶片固定二氧化碳速率下降，表现为光合速率下降。
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)。
【答案】
(1) CO₂ 供应充足，暗反应速率上升 下降
(2) 下降 高温
(3) 遮光(或黑暗) 大于
(4) CO₂ 浓度和温度 分别提取20℃和24℃条件下的三角褐指藻色素，除温度外的其他条件相同
且适宜，比较各种色素的含量
【分析】影响光合作用强度的限制因素有：温度、光照强度、二氧化碳浓度、水、土壤中矿质元素含量。
【详解】（1）相同温度条件下，与LC 条件下相比，HC 条件下CO₂ 供应充足，暗反应速率上升，则光合
速率升高，此时消耗的NADPH 增加，但是NADPH 的生成速率基本不变，所以NADPH 的含量下降。
（2）据图1 可知，与正常条件下(21℃、LC) 相比，只酸化会提高光合速率，而只升温会降低光合速率，
而高温HC 组的光合速率小于低温LC 组，故与正常条件下相比，海水升温酸化后三角褐指藻光合速率下
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降，说明高温对植物光合作用的影响较大。
（3）需要在遮光(或黑暗)条件下测定植物的呼吸速率，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 条件下的比值均大于低浓度CO₂ 条件下的；随着培养温度的升高，比值下降。
（4）本实验中人为改变的量是CO₂ 浓度和温度，所以自变量是CO₂ 浓度和温度。为了探究温度升高对三
角褐指藻色素含量的影响，分别提取20℃和24℃条件下的三角褐指藻色素，除温度外的其他条件相同且
适宜，比较各种色素的含量。
典例二：影响光合和呼吸作用的因素
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 。
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(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。
【答案】
(1) 矿质营养 H+、e-
(2) 提高 这两组通过光合作用合成有机物，抑制细胞呼吸消耗有机物 蒸腾作用
(3) 呼吸强度 细胞代谢
(4) 叶绿素分解加快，胡萝卜素和叶黄素的颜色显现 红光
【分析】光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转变成储存着能量的有机物，并释
放出氧气的过程。光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生NADPH 与氧气，
同时合成ATP。光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2 被C5 固定形成C3，C3 在光反应
提供的ATP 和NADPH 的作用下还原生成糖类等有机物。
【详解】（1）西兰花球采摘后则不能吸收空气中的CO2，所以导致水和矿质营养供应中断。水是光合作
用的原料在光反应中，水在光照条件下裂解产生H+、e-和O2。
（2）据图可知，三组实验中花球的质量损失率均随着时间延长而提高。由于这两组通过光合作用合成有
机物，抑制细胞呼吸消耗有机物，所以前3 天日光组和红光组的质量损失率低于黑暗组。日光诱导气孔开
放，导致蒸腾作用增强从而散失较多水分，所以第4 天日光组的质量损失率高于黑暗组。
（3）图中，第4 天日光组和红光组的呼吸强度下降比黑暗组更明显，但过氧化氢酶活性仍高于黑暗组，氧
化氢酶能将氧化氢分解为水和氧气，从而降低过氧化氢对细胞的损伤，因此推测日光或红光照射能减轻细
胞代谢过程产生的过氧化氢对细胞的损伤，从而延缓衰老。
（4）由于叶绿素分解加快，胡萝卜素和叶黄素的颜色显现，所以第4 天黑暗组西兰花花球出现褪色、黄化
现象。综合分析图中结果，第4 天时，红光组条件下比日光组和黑暗组，叶绿素降低的幅度低，氧化氢酶
活性最高，能延缓褪色、黄化、老化等现象，所以红光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
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。
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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）。
【答案】
(1) 蓝光 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)覆盖蓝膜紫外光透过率低，蓝光透过率高，降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；与覆盖
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白膜和绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利幼苗进行光合作用
【分析】光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并
且释放出氧气的过程。光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。
光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的产物有O2、ATP 和NADPH。光合作用第二个阶段中的化学反应，
有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在叶绿体的基质中进行的。在这
一阶段， CO2 被利用，经过一系列的反应后生成糖类。
【详解】（1）叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，
这些囊状结构称为类囊 体。吸收光能的4 种色素就分布在类囊体的薄膜上。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。这 4 种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用
于光合作用。光合色素吸收的光能用于暗反应阶段，在这一阶段，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作
用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。据图
可知，与白膜覆盖相比，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）绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。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，应选择红光而不能选择蓝紫光。
（3）据图可知，与覆盖其它色的膜相比，覆盖蓝膜的紫外光透过率低，蓝光透过率高，在降低紫外光对
幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；据表中数据分析，与覆盖白膜和绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝
卜素含量都更高，有利幼苗进行光合作用。
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
。
【答案】
(1)光能→ATP 和NADPH 中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
(2) 气孔开度降低，但胞间CO2 浓度却升高 RuBP 羧化酶活性下降
(3) a→c→b 玉米黄质（b） 12:00 光照强度最大，玉米黄质含量（b）+单环氧玉米黄质（c）含
量最高，单环氧玉米黄质（c）含量在一天中相对不变
(4)使得在叶片遮蔽时可以利用更多的光能，提高光合作用效率，使大豆的产量提高
【分析】1、叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，
这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的4 种色素就分布在类囊体的薄膜上。基粒与基粒之间充满了基质。
在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许
多进行光合作用所必需的酶。这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
2、由题干信息结合图示可知，强光下LHC 蛋白激酶的催化LHCⅡ与PSⅡ的分离，弱光下LHCⅡ与PSⅡ结
合，来改变对光能的捕获强度。
【详解】（1）正常光照情况下，光合色素吸收的光能转化为ATP 和NADPH 中活跃的化学能再转变为糖
类等有机物中稳定的化学能。
（2）研究亚高温高光对番茄光合作用的影响，实验的自变量是温度和光照强度，图中数据显示亚高温强
光组与对照组相比，气孔导度下降，但胞间CO2 浓度却上升，说明过剩光能产生的原因不是气孔因素引起
的。从图中可以看出，RuBP 羧化酶的活性降低，该酶可以催化CO2 固定，所以C3 的合成速率下降。
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（3）结合图示可推测，随光照增强，a 含量下降，b+c 含量上升，单环氧玉米黄质的含量在一天中相对平
稳，说明a 转变成b，三种叶黄素的相互转化关系为a→c→b。图示结果表明，12:00 光照强度最大，玉米
黄质含量（b）+单环氧玉米黄质（c）含量最高，单环氧玉米黄质（c）含量在一天中相对不变，因此，三
种叶黄素中光能耗散能力最强的是b。
（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，设法缩短了大豆叶黄
素循环关闭所需的时间，从而使得在叶片遮蔽时可以利用更多的光能，提高光合作用效率，使大豆的产量
提高。
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
。
(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
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。
【答案】
(1)叶绿素
(2) 光信号(光信息或信息或信号) 黑暗（或远红光)照射的突变体不进行光合作用，但气孔导度和红光
时相同
(3) 脱落酸的合成(降解) 促进 OsAB15 基因敲除(OsAB15 蛋白合成缺陷)
(4)OE 品种节水抗旱，可用于农业改良
【分析】1、叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光；
2、气孔既是CO2 进出的场所，也是蒸腾作用的通道，气孔张开既能增加蒸腾作用强度，又能保障CO2 供
应，使光合作用正常进行。
【详解】（1）叶绿体中的叶绿素（叶绿素 a 和叶绿素 b）主要吸收红光和蓝紫光，对红光有较高的吸收
峰值，所以保卫细胞的叶绿体中叶绿素对红光有较高的吸收峰值；
（2）光不仅为光合作用提供能量，还可以作为一种信号分子，影响植物的生长发育等过程，所以红光促
进气孔开放的机制之一是作为信号分子影响 OsPIL15 蛋白的含量；由题意可知，红光能促进气孔的开放，
有利于吸收CO2 而用于光合作用，正常情况下红光可以为光合作用提供能量而促进植物进行光合作用，但
由实验一图可知，黑暗（或远红光）照射的突变体的气孔导度和红光时相同，说明红光促进气孔开放的主
要机制不是①；
（3）①实验二检测的是脱落酸含量，所以假设一是 OsPIL15 蛋白通过影响脱落酸合成（或降解），从而
影响气孔开闭；
②从实验三来看，野生型（WT）在黑暗中 OsAB15 基因表达量高，在红光下表达量降低，而 OsPIL15
基因敲除的水稻 m 中 OsAB15 基因表达量在黑暗和红光条件下与 WT 接近，说明 OsPIL15 蛋白促进
OsAB15 基因的表达，从而影响气孔开闭。若想进一步验证该结论，可选用过表达 OsAB15 敲除(OsAB15
蛋白合成缺陷)的水稻，检测其气孔导度。如果该水稻气孔导度与预期相符，能进一步说明 OsPIL15 蛋白
通过促进 OsAB15 基因表达影响气孔开闭。
（4）已知水资源短缺限制水稻的生长发育，严重影响水稻的产量，而OsPIL15 基因过表达的水稻（OE）
籽粒产量和WT 无明显差异，说明OE 品种在不影响产量的前提下，可能由于红光促进气孔开放等机制，
使水稻对水资源的利用效率提高（或使水稻在水资源短缺条件下能更好地生长发育等），所以培育OE 品
种可以提高水稻在水资源短缺环境下的适应能力，可用于农业改良，保障水稻产量。
典例三：特殊代谢类型
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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：
(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
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用机制及其调控分析，原因是
（答出三点即可）。
(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，
但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是
（答出三点即可）。
【答案】
(1) 3-磷酸甘油醛 蔗糖 维管组织
(2) 高于 高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC 酶对CO2 的亲和力比水稻的
Rubisco 酶更高；玉米能通过PEPC 酶生成C4，使维管束鞘内的CO2 浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼
吸
(3)酶的活性达到最大，对CO2 的利用率不再提高；受到ATP 以及NADPH 等物质含量的限制；原核生物
和真核生物光合作用机制有所不同
【分析】本题主要考查的光合作用过程中的暗反应阶段，也就是卡尔文循环，绿叶通过气孔从外界吸收的
CO2，在特定酶的作用下，与 C5（一种五碳化合物）结合，这个过程称作 CO2 的固定。一分子的 CO2
被固定后，很快形成两个 C3 分子。在有关酶的催化作用下，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的反应转化为糖类；
另一些接受能量并被还原的 C3，经过一系列变化，又形成 C5。这些 C5 又可以参与 CO2 的固定。这样，
暗反应阶段就形成从 C5 到 C3 再到 C5 的循环，可以源源不断地进行下去，因此暗反应过程也称作卡尔
文循环。
【详解】
（1）玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2 的固定过程不同，但其卡尔文循环的过程是相同的，结
合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2 固定的直接产物是3-磷酸甘油酸，然后直接被还原成3-磷酸甘油
醛。3-磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖
类，蔗糖在长距离运输时是通过维管组织。
（2）干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2 减少，而玉米的PEPC 酶对CO2 的亲和力比水稻
的Rubisco 酶更高；玉米能通过PEPC 酶生成C4，使维管束鞘内的CO2 浓度高于外界环境，抑制玉米的光
呼吸；且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下，
玉米的光合作用强度高于水稻。
（3）将蓝细菌的CO2 浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2 浓度，而植物的光合作
用强度受到很多因素的影响；在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高，可能是水稻的酶活性达到
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最大，对CO2 的利用率不再提高，或是受到ATP 和NADPH 等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌是原
核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。
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。
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 。
【答案】
(1)CO2 的固定
(2) 细胞质基质 线粒体基质
(3)光呼吸 呼吸作用 净光合速率=总光合速率-呼吸速率-光呼吸速率，7—10 时，随着光照强度的
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增加，与WT 相比，株系1、株系2 因转基因，增强了总光合速率，降低了光呼吸强度 不能 总
光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率，在图3 中，能看到净光合速率和呼吸作用速率，但无
法得知光呼吸速率
(4)与株系2 与WT 相比，转基因株系1 的净光合速率最大
【分析】【关键能力】
（1）信息获取与加工
题干关键信息
所学知识
信息加工
反应过程的判断
光合作用暗反应包括二氧化碳固
定和C3 还原过程
反应①中五碳化合物与二氧化
碳反应生成三碳化合物
有氧呼吸过程产
生NADH 的场所
有氧呼吸第一、二阶段产生
NADH，分别发生在细胞质基质
和线粒体基质
有氧呼吸以葡萄糖为底物，葡
萄糖氧化分解产生NADH
判断植物光合作
用中二氧化碳来
源
植物叶片有气孔，叶片可通过气
孔与外界交换气体；细胞呼吸也
可产生二氧化碳
光呼吸可产生二氧化碳，细胞
呼吸也产生二氧化碳，及从外
界吸收
株系1 和2 与WT
净光合速率逐渐
产生差异的原因
净光合速率等于总光合速率减去
呼吸速率
株系1 和2 是转基因植物，且
改变的是光呼吸的相关基因；
计算出株系1 的总
光合速率
总光合作用速率=净光合作用速
率+呼吸速率
光呼吸也提供二氧化碳，故总
光合作用速率=净光合作用速率
+呼吸速率+光呼吸速率。图3
中提供了呼吸速率、净光合速
率，但未提供光呼吸速率。
转基因株系1 产量
具优势的依据
植物的产量以净光合量来衡量
株系1 净光合作用速率大
（2）逻辑推理与论证
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【详解】（1）在光合作用的暗反应过程中，CO2 在特定酶的作用下，与C5 结合形成两个C3，这个过程
称作CO2 的固定，故反应①是CO2 的固定过程。
（2）有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一
阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和
NADH，合成少量ATP，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH 的场所是细胞质基质、线粒体基质。
（3）由图1 可知，在线粒体中进行光呼吸的过程中，也会产生二氧化碳，因此植物光合作用CO2 的来源
除了有外界环境外，还可来自光呼吸、呼吸作用。净光合速率=总光合速率-呼吸速率-光呼吸速率，7—10
时，随着光照强度的增加，与WT 相比，株系1、株系2 因转基因，增强了总光合速率，降低了光呼吸强
度。总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率，随着CO2 浓度增加，光合速率增加，光呼吸速
率减弱，图3 中有净光合速率，该参数已知。当CO2 浓度为0 时，不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，
此时净光合速率是个负值，取正后相当于呼吸速率，图3 曲线虽然没有与纵轴相交，但稍微延长即可见其
与纵轴将交于-10 的点，因此呼吸速率也可以大致确定。但公式中的最后一项参数光呼吸速率随CO2 的变
化完全未知，导致总光合速率无法计算。
（4）由图2、图3 可知，与株系2 与WT 相比，转基因株系1 的净光合速率最大，因此选择转基因株系1
进行种植，产量可能更具优势。
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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:
【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
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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。
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
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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
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。 。
【答案】
(1) 吸能 ATP、NADPH (叶绿体)类囊体薄膜
(2) 苹果酸及细胞呼吸 自然选择
(3) 颗粒中的脂质参与构成叶绿体中的膜结构 将生长状况良好且相同的八宝景天植物叶片分为甲、
乙两组，甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗条件下，一段时间后，对甲、乙叶片脱
色，并用差速离心法提取出甲、乙两组植物叶片中的叶绿体，制作成匀浆，再分别加入碘液，观察颜色的
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变化
【分析】光合作用：①光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP 和NADPH 的生成；②暗反
应场所在叶绿体的基质，发生CO2 的固定和C3 的还原，消耗ATP 和NADPH。
【详解】（1）据图可知，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，此过程需要
NADH 分解提供能量，因此推测夜晚CO2 固定于苹果酸的过程属于吸能反应。④过程表示C3 的还原，此
过程需要光反应产生的ATP 和NADPH 供能和供氢，光反应产生ATP 和NADPH 的场所是(叶绿体)类囊体
薄膜。
（2）据图分析可知，参与卡尔文循环的CO2 直接来源于苹果酸的分解，同时细胞呼吸作用产生的 CO2 也
作为卡尔文循环的直接来源。八宝景天气孔开闭的特点是适应干旱环境的方式，这种特点的形成是自然选
择的结果。
（3）脂质减少时叶绿体生长，叶绿体膜主要由磷脂双分子层和蛋白质组成，所以可能脂质参与叶绿体中
的膜结构的组成。淀粉能与碘液反应呈蓝色，叶绿体是光合作用的场所，叶绿体进行光合作用需要光，因
此证明叶绿体中有淀粉存在，实验思路为将生长状况良好且相同的八宝景天植物叶片分为甲、乙两组，甲
组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗条件下，一段时间后，对甲、乙叶片脱色，并用差
速离心法提取出甲、乙两组植物叶片中的叶绿体，制作成匀浆，再分别加入碘液，观察颜色的变化。
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
。
(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）。
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(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）。
【答案】
(1) ATP 二氧化碳固定 二氧化碳和3-磷酸甘油酸
(2) 先增加后减少 核酮糖-1，5-二磷酸参与光呼吸，用于暗反应中CO2 固定的量减少；光呼吸过程中
产生的2-磷酸乙醇酸进入线粒体被分解，使得光合作用合成的有机物被分解
(3)二氧化碳和氧气竞争核酮糖-1，5-二磷酸，增加二氧化碳浓度，二氧化碳的竞争能力增强，会有更多的
核酮糖-1，5-二磷酸用于光合作用合成有机物
【分析】植物的光合作用原理：叶绿体利用光能把二氧化碳和水合成有机物并放出氧气，同时把光能转变
成化学能储存在制造的有机物里，光合作用又分为光反应和暗反应，光反应的物质变化有水的光解和ATP
的合成，暗反应的物质变化为二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，影响光合作用的环境因素有温度、二
氧化碳浓度及光照强度。根据题干信息分析可知，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。
【详解】（1）过程①为二氧化碳的固定，过程②为三碳酸分子的还原，该过程需要光反应提供ATP 和
NADPH，已知乙是还原剂，说明乙是NADPH，则物质甲是ATP。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二氧化碳的固定。图示中光呼吸会产生3-磷酸甘油酸和二氧化碳，这
两种物种都可以用于光合作用，因此依照图中信息，光呼吸可为光合作用提供3-磷酸甘油酸和二氧化碳。
（2）持续强光照时突然停止光照，光合作用被抑制，此时氧气浓度又很高，光呼吸速率加快，光呼吸产
生二氧化碳，因此二氧化碳释放量会增大，随着氧气的消耗，二氧化碳的产生，光呼吸逐渐变慢，二氧化
碳释放量开始变小，因此CO2 释放量的变化趋势为先增大后变小。结合图示分析，绿色植物的光呼吸会耗
损光合作用部分新形成的有机物，原因是核酮糖-1，5-二磷酸参与光呼吸，用于暗反应中CO2 固定的量减
少；光呼吸过程中产生的2-磷酸乙醇酸进入线粒体被分解，使得光合作用合成的有机物被分解。
（3）根据上述信息分析，人为增加环境中的CO2 浓度可提高农作物产量，机理是二氧化碳和氧气竞争核
酮糖-1，5-二磷酸，增加二氧化碳浓度，二氧化碳的竞争能力增强，会有更多的核酮糖-1，5-二磷酸用于光
合作用合成有机物。
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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
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。
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【答案】
(1) ①⑥ 叶绿素a 和叶绿素b
(2)过氧化氢
(3) 光呼吸和呼吸作用 光合作用消耗的CO2 等于呼吸作用和光呼吸产生的CO2 之和
(4) 将乙醇酸转化为苹果酸 直接
【分析】光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生[H]与氧气，以及ATP 的
形成。光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2 被C5 固定形成C3，C3 在光反应提供的
ATP 和[H]的作用下还原生成有机物。
【详解】（1）类囊体薄膜发生的反应有水的光解产生[H]与氧气，以及ATP 的形成，即①⑥。叶绿素主要
吸收红光和蓝紫光，叶绿素主要有叶绿素a 和叶绿素b 两种，叶绿素a 呈蓝绿色，叶绿素b 呈黄绿色；类
胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用红光照射参与反映的主要是叶绿素啊和叶绿素b。
（2）过氧化氢酶能将过氧化氢分解为O2 和H2O，所以在C2 循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继
续氧化，同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2 和H2O。
（3）a 曲线t1～t2 时段，有光照，所以CO2 是由细胞呼吸和光呼吸共同产生。b 曲线有光照后t1～t2 时段
CO2 下降最后达到平衡，说明光呼吸、细胞呼吸和光合作用达到了平衡。
（4）图Ⅲ代谢途径，通过将乙醇酸转化为苹果酸降低了光呼吸，提高了植株生物量，直接提升了流入生
态系统的能量，体现了遗传多样性的直接价值。
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：
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(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
。
(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
。
【答案】
(1) 胞吞 叶绿体
(2)可通过摄食浮游生物获取营养物质
(3) B 型 与A 型相比，B 型共生体的光合呼吸比更高，积累光合产物更多，在贫瘠海域中，B 型比A
型更具有生存优势
(4) 下降 升温后呼吸速率基本不变，B 型光合呼吸比显著下降，所以B 型共生体总光合速率下降，
且藻黄虫密度变化不大，所以单个黄虫的光合速率下降
【分析】题图分析：据图可知，温度升高对A 型共生体光合呼吸比影响不大，但会降低其体内虫黄藻密度；
温度升高对B 型体内虫黄藻密度影响变化不大，但会使其光合呼吸比下降。
【详解】（1）依题意，珊瑚细胞获取虫黄藻后，虫黄藻共生于珊瑚细胞内，说明珊瑚细胞获取虫黄藻的
方式是胞吞。虫黄藻是单细胞真核藻类，能利用CO2 和H2O 合成糖类的细胞器是叶绿体。
（2）依题意，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，当光合呼吸比约等于1 时（此
时白天净光合量与晚上呼吸量相等，一天中有机物净积累量等于零），A 型共生体仍能生长（一天中有机
物积累量大于零），说明A 型共生体可通过摄食浮游生物获取营养物质，使共生体生长。
（3）据图可知，与A 型相比，B 型共生体的光合呼吸比更高，实验中每天昼夜等长，则B 型共生体一天
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中积累光合产物更多，故在贫瘠海域中，B 型比A 型更具有生存优势。
（4）据图可知，升温后B 型共生体光合呼吸比下降明显，若升温后B 型共生体的呼吸速率变化不明显，
说明其白天净光合作用速率下降明显，净光合速率=光合速率-呼吸速率，可推断B 型共生体总光合作用速
率下降。据图可知，升温后，B 型共生体的藻黄虫密度变化不大，故单个黄虫的光合速率下降。
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
【答案】
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(1)细胞质基质（或细胞质）
(2) 抑制剂 第10 分钟之前的光反应 细胞呼吸（或呼吸作用） 暗反应（或碳固定，或C3 还
原，或碳反应）
(3)①③⑤
【分析】【关键能力】
（1）信息获取与加工
题干关键信息
所学知识
信息加工
蓝细胞暗反应的场所
光合作用暗反应发生
在叶绿体基质；
蓝细菌没有叶绿体结
构
蓝细菌可进行光合作用，又没有叶绿体
结构，则暗反应发生在细胞质基质
推测ATP 激活XPK
的功能还是抑制XPK
的功能
酶活性受Ph、温度及
多种因素的影响
无光照条件下XPK 被激活，说明有光
条件下ATP 会抑制XPK 活性
无光条件下暗反应中
ATP、NADPH 来源
光反应产生ATP、
NADPH 提供给暗反
应
无光条件下无法产生ATP、NADPH
无光条件下ATP 的来
源
呼吸作用产生ATP
无光条件下无法产生ATP
验证蓝细菌高密度培
养时的光合作用机制
实验遵循对照原则和
单一变量原则
实验目的是蓝细菌在高密度培养时，是
否会利用呼吸作用产生的ATP。实验过
程应高密度培养蓝细菌，利用持续光
照，则蓝细菌在高密度培养时相互间遮
挡相当于无光条件
（2）逻辑推理与论证
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【详解】（1）蓝细菌为原核生物，图1 为蓝细菌的光合作用暗反应过程，该过程的反应场所为细胞质基质。
（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，野生型菌细胞中ATP 含量下降，此时
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 来源于第10 分钟之前
的光反应。在第11-13 分钟，Δxpk 碳固定率继续升高，此时处于黑暗条件，因而推测，此时碳固定速率上
升消耗的ATP 来自细胞呼吸，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。为验证蓝细菌是否采用
上述机制进行调节，则实验过程中首先需要创造高密度蓝细菌、而后需要持续光照，同时需要在培养基中
加入NaH14CO3 ，因此，实验中可使用野生型和Δxpk，在①高浓度蓝细菌、③持续光照、⑤培养基中加
入NaH14CO3 条件组合进行实验，定时测定14C 固定率和胞内ATP 浓度，进而得出相应的结论。
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
。
【答案】
(1) 500 光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加 黄连在弱光随光强增加生
长快速达到最大，光照过强其生长受到抑制 叶片较薄，叶绿素较多，（叶色深绿，叶绿体颗粒较大，
叶绿体类囊体膜面积更大）
(2)①②③⑤
(3)合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应
【分析】分析图1：光照强度小于500umol*m-2*s-1 时，净光合速率随着光照强度的增强而增强，当光照
强度大于500umol*m-2*s-1 时，随着光照强度的增强而减弱；胞间二氧化碳浓度随着光照强度的增强先下
降后缓慢上升；气孔导度随着光照强度的增强而缓慢上升。
分析图2：叶片对入射太阳辐射的主要去向为热消耗。
【详解】（1）①光饱和点为光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度，由图1 净光合速率的曲线可知
当光照强大达到500umol*m-2*s-1 时光合速率不再增加；光强大于1300umol*m-2*s-1 后，由图1 可知光合
作用受到抑制，且气孔导度增加，所以胞间二氧化碳浓度增加主要是由于光合作用受到抑制，消耗的二氧
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化碳减少，且气孔导度增加。
②由图1 净光合速率曲线可知光强对黄连生长的影响主要表现为在弱光随光强增加生长快速达到最大，光
照过强其生长受到抑制；弱光时，可通过增加受光面积或增加光合色素的含量来增加光合速率，所以黄连
叶片适应弱光的特征有叶片较薄，叶绿素较多，（叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更
大）。
（2）为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向的比例，由图2 可看出光能的主要去向为热消耗，
所以黄连提升修复能力等防御机制，具体可包括⑤增强热耗散；①叶片叶绿体避光运动：减少对光的吸收；
②提高光合产物生成速率，从而提高光合速率消耗更多的光能；③自由基清除能力增强：减少对光合结构
的破坏。而④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收不能减轻光抑制。
（3）为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用有合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳
提高暗反应，合理密植等。
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
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）。
【答案】
(1) 需要氧气参与；有机物被彻底氧化分解；释放大量能量，生成大量ATP 乙
(2) O2 的含量 3
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(3)无氧呼吸积累的酒精较少，对细胞毒害较小；0~3d 无氧呼吸产生的能量维持了基本的生命活动；催化有
氧呼吸的酶活性并未完全丧失
【分析】【关键能力】
（1）信息获取与加工
题干关键信息
所学知识
信息加工
根细胞的呼吸作
用
分为有氧呼吸和无氧呼吸
有氧呼吸需要氧气参与、将有
机物彻底氧化分解，释放大量
能量
影响呼吸作用的
环境因素
氧气浓度、温度、酶的含量及活性
等
水淹条件下，氧气为主要影响
因素
长势恢复
新陈代谢正常
氧气供应正常，酶活性恢复正
常
（2）逻辑推理与论证
【详解】（1）正常情况下，作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸，有氧呼吸是在氧气充足的情况下，
将葡萄糖彻底氧化分解，将能量释放出来。随着水淹天数的增多，乙的活性降低，说明乙是与有氧呼吸有
关的酶。
（2）在水淹0～3d 阶段，随着水淹天数的增加，氧气含量减少，有氧呼吸减弱，无氧呼吸增强。CO2 释
放量为0.4μmol·g-1·min-1，O2 吸收量为0.2μmol·g-1·min-1，有氧呼吸需要消耗氧气，葡萄糖的消耗量、氧
气消耗量和CO2 释放量为1：6：6，无氧呼吸葡萄糖消耗量和CO2 释放量比为1：2，无氧呼吸和无氧呼
吸均产生0.2μmol·g-1·min-1 CO2，所以无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的3 倍。
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（3）若水淹3d 后排水，植物长势可在一定程度上得到恢复，一方面是排水后氧气含量上升，有氧呼吸增
强，产生的能量增多；另一方面，由图可知，第四天无氧呼吸有关的酶活性显著降低，可能是第四天无氧
呼吸产生的酒精毒害作用达到了一定程度，之后就很难恢复，所以要在水淹3 天排水。
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
。
【答案】
(1) ATP 和 NADPH 核酮糖-1,5－二磷酸和淀粉等
(2) 减法原理 加法原理
(3) 增大 与 WT 组相比，OE 组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，
促进旗叶光合作用 与 WT 组相比OE 组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高,可以及时将更多
的光合产物(蔗糖)向外运出,从而促进旗叶的光合作用速率
【分析】【关键能力】
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（1）信息获取与加工
题干关键信息
所学知识
信息加工
3-磷酸甘油酸在暗
反应中的变化
C3 在光反应产生ATP、
NADPH 及酶的作用下，被
还原成C5 及糖类等产物
3-磷酸甘油酸被还原，且该反应发生
在叶绿体基质中，故为暗反中的C3
的还原反应
自变量设遵循的方
法
自变量设置方法包括加法
原理和减法原理
KO 组敲除了OsNAC，OE 组OsNAC
过量表达
OsNAC 过量表达
对净光合速率影响
及原因
净光合作用速率等于总光
合速率与呼吸速率的差
值。光合色素量影响光合
作用速率，光合产物及时
从叶片输出，可促进叶片
光合作用
与其它组比，OsNAC 过量表达组的
光合色素含量大，蔗糖转运蛋白表达
量大，旗叶中蔗糖含量低，单株产量
高
（2）逻辑推理与论证：
【详解】（1）在光合作用的暗反应阶段，CO2 被固定后形成的两个3-磷酸甘油酸（C3）分子，在有关酶
的催化作用下，接受ATP 和NADPH 释放的能量，并且被NADPH 还原。随后在叶绿体基质中转化为核酮
糖-1,5－二磷酸（C5）和淀粉等。
（2）与某品种水稻的野生型（WT）相比，实验组KO 为OsNAC 敲除突变体，其设置采用了自变量控制
中的减法原理；实验组OE 为 OsNAC 过量表达株，其设置采用了自变量控制中的加法原理。
（3）题图和表中信息显示：OE 组的净光合速率、叶绿素含量、旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达
量、单株产量都明显高于WT 组和KO 组，OE 组蔗糖含量却低于WT 组和KO 组，说明OsNAC 过量表达
会使旗叶净光合速率增大，究其原因有：①与 WT 组相比，OE 组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、
传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用；②与 WT 组相比OE 组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表
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达量较高，可以及时将更多的光合产物（蔗糖）向外运出，从而促进旗叶的光合作用速率。
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。
(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 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
【分析】影响光合作用的因素有：光照强度、温度、CO2 浓度、酶的活性和数量、光合色素含量等。
【详解】（1）在自然条件下，该植物叶片在温度a 和c 时的净光合速率相等，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
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吸速率差值最大时的温度，有利于有机物的积累。
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
“升高”“降低”或“不变”）。
【答案】(1) 红光和蓝紫光 光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
(2)大于
(3) b 再延长光照时长，c 和d 组氧气的浓度不再增加，说明此时受CO2 的影响，光合速率等于
呼吸速率，由于温度保持恒定，所以a、b、c 三组的呼吸速率都是一样的，ac 两组的光合速率都等于呼吸
速率，说明a、c 两组的光合速率都相等且都等于呼吸速率，而b 组的由于光照较弱，消耗的CO2 较少，
所以t 时光合速率仍然大于呼吸速率
(4)升高
【分析】1、光合作用的过程：
（1）光反应阶段：①场所：类囊体薄膜；②物质变化：水的光解、ATP 的合成；③能量变化：光能
→ATP、NADPH 中的化学能。
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（1）暗反应阶段：①场所：叶绿体基质；②物质变化：CO2 的固定、C3 的还原；③能量变化：ATP、
NADPH 中的化学能→有机物中稳定的化学能。
2、分析题干：将植株置于密闭容器中并给予光照，植株会进行光合作用和呼吸作用，瓶内O2 浓度的变化
可表示净光合速率。a、b、c、d 组的光照强度依次增大，但c、d 组O2 浓度相同，说明c 点的光照强度为
光饱和点。
【详解】（1）光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜两大类，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主
要吸收蓝紫光，属于可见光。
（2）植物会进行光合作用和呼吸作用，光合作用消耗CO2 产生O2，呼吸作用消耗O2 产生CO2。分析图
可知，光照t 时间时，a 组中的O2 浓度少于b 组，说明b 组产生的O2 更多，光合速率更大，消耗的CO2
更多，即a 组CO2 浓度大于b 组。
（3）a、b、c、d 组的光照强度依次增大，再延长光照时长，c 和d 组氧气的浓度不再增加，说明此时受
CO2 的影响，光合速率等于呼吸速率，由于温度保持恒定，所以a、b、c 三组的呼吸速率都是一样的，ac
两组的光合速率都等于呼吸速率，说明a、c 两组的光合速率都相等且都等于呼吸速率，而b 组的由于光照
较弱，消耗的CO2 较少，所以t 时光合速率仍然大于呼吸速率。
（4）光照t 时间后，c、d 组O2 浓度相同，即c、d 组光合速率不再变化，c 组的光照强度为光饱和点。将
d 组密闭装置打开，会增加CO2 浓度，并以c 组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会升高。
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：
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(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 。
(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 。
【答案】
(1) 线粒体内膜 催化和运输
(2) 少 与细胞色素呼吸途径相比，交替呼吸途径泵入线粒体膜间隙的H+少，膜两侧的H+浓度差降低，
通过ATP 合成酶回流的H+减少，进而导致生成的ATP 减少
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(3)低温处理后，突变体A 和B 的光合速率比野生型高，而突变体C 的光合速率比野生型低
(4)
【分析】1、有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼
吸第一 阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳
和NADH，合成少量ATP；第三阶段是氧气和NADH 反应生成水，合成大量ATP；
2、无氧呼吸的场所是细胞质基质，无氧呼吸的第一阶段和有氧呼吸的第一阶段相同。无氧呼吸由于不同
生物体中相关的酶不同，在植物细胞和酵母菌中产生酒精和二氧化碳，在动物细胞和乳酸菌中产生乳酸。
【详解】（1）在有氧呼吸过程中，NADH 释放的电子经过一系列复合体最终传递给氧生成水，这是有氧
呼吸第三阶段的反应，该过程发生在线粒体内膜；H+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，一方面ATP 合成酶作为通道让H+通过，体现了蛋白质的运输功能；另一方面催化了
ATP 的合成，体现了蛋白质的催化功能。所以这一过程体现了蛋白质具有运输和催化功能；
（2）与细胞色素呼吸途径相比，交替呼吸途径合成的ATP 少。因为在交替呼吸途径中，交替呼吸途径泵
入线粒体膜间隙的H+少，膜两侧的H+浓度差降低，通过ATP 合成酶回流的H+减少，进而导致生成的
ATP 减少；
（3）从图2 可以看出，在低温处理后，AOX 基因过量表达突变体（A 和B）的叶片光合速率明显高于野
生型，而AOX 基因缺失突变体（C）的叶片光合速率明显低于野生型。说明当交替氧化酶（AOX）基因表
达水平高时（即交替呼吸途径较强时），植物的光合速率较高，能在低温胁迫下更好地维持光合作用正常
运行，所以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。
（4）根据前面的研究结论，交替呼吸途径能提高拟南芥植株抗低温胁迫能力。而 AOX 基因缺失突变体
C 缺乏交替呼吸途径，其抗低温能力较差。从图 3 已有的信息来看，正常处理时，野生型 ROS 含量较
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低，突变体 A 和 B（AOX 基因过量表达）ROS 含量也相对较低，说明交替呼吸途径可能有助于降低
ROS 含量。那么在低温处理下，由于突变体 C 没有交替呼吸途径，其叶片中的 ROS 含量应该是最高的，
所以在图 3 中，低温处理下突变体 C 叶片中的 ROS 含量的柱形图应高于其他组（野生型、突变体 A、
突变体 B），因此低温处理下突变体C 叶片中的ROS 含量图为：
。
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：
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(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
。
【答案】
(1)光合色素主要吸收蓝紫光、红光，对绿光吸收较少
(2)选择LED 灯，红蓝光比为4.9：1（或选择T2 组补光措施）
(3) 降低 从T1 组到T3 组，随着红蓝光比例的降低，可溶性糖含量逐渐降低
(4)高压钠灯耗能高，产量未提高，经济效益低
【分析】1、光反应的场所是类囊体薄膜，包括水的光解和ATP 的合成。暗反应的场所是叶绿体基质，包
括CO2 的固定和C3 的还原。将光反应和暗反应联系起来的物质是ATP 和NADPH，光反应的产物是
ATP、NADPH、O2。
2、植物叶绿体色素主要吸收蓝紫光和红光。
【详解】（1）光合色素主要吸收蓝紫光、红光，对绿光吸收较少，所以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。
（2）T2 组的净光合速率最高，因此适合的补光措施是选择LED 灯，红蓝光比为4.9：1。
（3）从T1 组到T3 组，随着红蓝光比例的降低，可溶性糖含量逐渐降低，因此提高红光的比例，降低蓝
光的比例，有利于提高番茄中的可溶性糖含量，从而提高番茄品质。
（4）高压钠灯耗能高，产量未提高，经济效益低，因此在农业生产中，人们很少会使用高压钠灯的光源
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来进行补光。
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
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
。
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【答案】
(1) 光合色素 运输H⁺和催化ATP 合成
(2) 不会 PSⅡ 随低温弱光胁迫时间的延长，PSⅠ的活性几乎不变，PSⅡ的活性逐渐降低 由
于PSⅡ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PSⅡ受损严重，
将过剩光能转化成热能的量减少
(3)蓝光能提高PSⅡ活性（或答“蓝光能提高PSⅡ以热能形式消耗光能”）
【分析】光系统涉及两个反应中心：光系统Ⅱ（PSⅡ）和光系统Ⅰ（PSⅠ）。PSⅡ光解水，PSI 还原
NADP+。光系统II 的色素吸收光能以后，能产生高能电子，并将高能电子传送到电子传递体PQ，传递到
PQ 上的高能电子就好像接力赛跑中的接力棒一样，依次传递给细胞色素b6f 和PC。光系统I 吸收光能后，
通过PC 传递的电子与H+、NADP+在类囊体薄膜上结合形成NADPH。水光解产生H+，使类囊体腔内
H+浓度升高，H+顺浓度梯度运输到类囊体腔外，而H+在类囊体薄膜上与NADP+结合形成NADPH 使类囊
体腔外中H+浓度降低，同时还可以通过PQ 运回到类囊体腔内，这样就保持了类囊体薄膜两侧的H+浓度
差。ATP 合成酶利用类囊体薄膜两侧的H+浓度差，类囊体膜上的ATP 合成酶合成了ATP。
【详解】（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，PSⅠ和PSⅡ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，PSⅠ的活性几乎不变，PSⅡ
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PSⅡ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，PSⅡ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PSⅡ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，PSⅠ的活性几乎不变，PSⅡ的活性逐渐降低，且桃树叶片会通过提高PSⅡ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PSⅡ活性，或者蓝光能提高PSⅡ以热能形式消耗
光能。
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
。
【答案】
(1)连续自交或单倍体育种
(2) 无水乙醇 白色
(3) 低 pe-1 叶片中叶绿素含量随着天数的增加而变多，而野生型的却减少
(4) 叶绿体基质 二氧化碳的固定 施用农家肥（有机肥）
【分析】提取光合色素常用的试剂是无水乙醇，因为光合色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
【详解】（1）为了进行后续研究，研究人员通过连续自交或单倍体育种获得更多能稳定遗传的pe-1 水稻。
（2）提取光合色素常用的试剂是无水乙醇，因为光合色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。 当叶片中的
色素被充分提取到无水乙醇中后，叶片的颜色会变成白色，再进行后续操作。
（3）从图中可以看出，在弱光胁迫下，野生型水稻叶绿素含量下降幅度比pe - 1 水稻大。 叶绿素含量高
叶片颜色深，黄化程度低；叶绿素含量低叶片颜色浅，黄化程度高。pe-1 叶片中叶绿素含量随着天数的增
加而变多，而野生型的却减少，由于野生型水稻叶绿素含量下降幅度大，所以其叶片黄化程度高，即弱光
胁迫后pe - 1 水稻叶片的黄化程度比野生型低。
（4）绿叶吸收的CO2，在Robixco 催化下，与C5 结合，为光合作用的暗反应阶段，场所在叶绿体基质，
该过程被称为二氧化碳的固定，在水稻大田种植过程中，可以通过增施有机肥来提高CO2 供应量。因为
有机肥在分解过程中会产生大量的二氧化碳，从而增加田间二氧化碳浓度。
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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
。
(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。
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【答案】
(1) 维持酶发挥作用所需的适宜pH 终止酶促反应 37℃保温前（反应开始前） 测定的吸光
度（OD 值）与反应前的标准溶液吸光度（OD 值）
(2) 持续提高 在一定质量浓度范围内，酶活性随蔗糖质量浓度的增加先上升后下降
(3) 培养液+L-ASNase+正常淋巴细胞 缺乏、缺乏
【分析】本题涉及L-ASNase 的活性测定、生长及其在抗肿瘤中的应用。
酶的特性与功能： 酶是生物催化剂，能够加速化学反应速率，但不改变反应的平衡点。 L-天冬酰胺
酶（L-ASNase）是一种酰胺基水解酶，能够催化天冬酰胺脱氨基生成天冬氨酸和氨。
细胞培养与实验设计： 细胞培养是研究细胞生长、增殖和代谢的重要技术。 实验设计中需要设置对
照组和实验组，对照组通常不加入实验变量（如L-ASNase），以比较实验组与对照组的差异。 通过检测
细胞内和培养液中L-天冬酰胺的含量，可以验证L-ASNase 对淋巴瘤细胞生长增殖的抑制作用。
【详解】（1）①磷酸盐缓冲液的作用是维持酶发挥作用所需的适宜pH，确保酶在最适 pH 条件下发挥其
催化活性。
②三氯乙酸是一种强酸，能够迅速使酶变性，从而达到终止酶促反应的目的，在酶活性测定中，通常需要
在特定时间点终止反应，以便准确测定反应产物的量。对照组应在37℃保温前（反应开始前）时加入三氯
乙酸，以确保没有酶反应发生，从而作为空白对照。
③计算酶活性是指将测定的吸光度（OD 值）与反应前的标准溶液吸光度（OD 值）比对，计算出L-
ASNase 活性。
（2）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 产量持续提高。这是因为
蔗糖作为碳源，为菌体生长和代谢提供了能量和碳骨架，从而促进了菌体生长和酶的合成。酶活性与蔗糖
质量浓度的关系是在一定质量浓度范围内，酶活性随蔗糖质量浓度的增加先上升后下降，这是因为蔗糖作
为碳源，浓度过低时，菌体生长和酶产量受限；浓度过高时，可能抑制菌体生长或导致代谢产物积累，从
而影响酶活性。
（3）实验的目的是验证 L-ASNase 对淋巴瘤细胞的生长增殖具有抑制作用。因此对照组应设计为： 培养
液+L-ASNase+正常淋巴细胞。 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
缺乏、缺乏，细胞不能正常生长增殖，这是因为L-ASNase 催化L-天冬酰胺分解，导致淋巴瘤细胞缺乏L-
天冬酰胺，抑制其生长增殖。
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：
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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
。
【答案】
(1)先增加后减少
(2) 叶绿素、磷脂、ADP、NADP+、酶 几乎没有 CO2 浓度升高，而光反应分配的氮素没有变
化
(3)T2 处理使得RuBP 羧化（CO2 固定）反应分配的氮素减少，影响有关酶的合成，降低最大RuBP 羧化
（暗反应）的速率，从而降低了光合作用强度
【分析】光合作用过程分为光反应和暗反应阶段，光反应是水光解产生NADPH 和氧气，同时合成ATP，
发生在叶绿体的类囊体膜上，叶绿体的类囊体膜上含有与光反应有关的色素和酶；暗反应包括二氧化碳固
定和三碳化合物还原两个过程，三碳化合物还原需要消耗光反应产生的NADPH 和ATP，发生在叶绿体基
质中，叶绿体基质中含有与暗反应有关的多种酶。
【详解】（1）光合作用积累有机物总量可以通过净光合速率来反映。从表格中可以看到，对照组CO2 浓
度为350.0μmol·mol-1 时，最大净光合速率为6.0μmol·m-2·S-1；T1 处理CO2 浓度为500.0μmol·mol-1 时，
最大净光合速率上升为6.5μmol·m-2·S-1；T2 处理CO2 浓度为700.0μmol·mol-1 时，最大净光合速率下降至
4.9μmol·m-2·S-1。因此随着CO2 浓度升高，闽楠幼苗光合作用积累有机物总量先增加后减少。
（2）氮元素被植物体吸收后，可用于合成光合作用所需的物质有叶绿素、磷脂、ADP、NADP+、酶等。
随着CO2 浓度升高，光反应分配的氮素不变。这表明CO2 浓度升高可能对光反应没有明显影响。
（3）T2 处理组的净光合速率和最大RuBP 羧化速率（18.4μmol·m-2·S-1）均低于T1 处理组
（24.2μmol·m-2·S-1），且RuBP 羧化反应分配的氨素（0.1g·g-1）低于T1 处理组（0.2g·g-1），结合题意，
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T2 处理使得RuBP 羧化（CO2 固定）反应分配的氮素减少，影响有关酶的合成，降低最大RuBP 羧化（暗
反应）的速率，从而降低了光合作用强度。
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
。
【答案】
(1) 光照强度、温度、CO2 浓度 在较低光照强度下，限制光合作用速率上升的因素是光照强度
(2)在强光条件下，随光照强度增强，光合作用速率不变，但温度或CO2 浓度升高，光合作用速率加快
(3) 大于0.5a 小于a(大于0.5a 即可) 在较高的光暗交替频率条件下，B 组光照条件下光反应产生的
ATP、NADPH 可满足光照条件和黑暗条件下合成光合产物的需求，且在B 组两条件下合成光合产物的速
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率与A 组接近
【分析】影响光合作用的环境因素
1、温度对光合作用的影响：在最适温度下酶的活性最强，光合作用强度最大，当温度低于最适温度，光
合作用强度随温度的增加而加强，当温度高于最适温度，光合作用强度随温度的增加而减弱。
2、二氧化碳浓度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随二氧化碳浓度的增加而增强。当二
氧化碳浓度增加到一定的值，光合作用强度不再增强。
3、光照强度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随光照强度的增加而增强。当光照强度增
加到一定的值，光合作用强度不再增强。
【详解】（1）据图分析实验的自变量是光照强度、温度、CO2 浓度，因变量是光合速率。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，这说明在较低光照强度下，限制光
合作用速率上升的因素是光照强度。
（2）据图分析，在强光条件下，随光照强度增强，光合作用速率不变，但温度或CO2 浓度升高，光合作
用速率加快，此时光合速率受到CO2 浓度和温度的限制，因此布莱克曼认为存在非光依赖性反应。
（3）①据图推测，如果B 组的光合产物量在大于0.5a 小于a 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，原因是在较高的光暗交替频率条件下，B 组光照条件下光反应
产生的ATP、NADPH 可满足光照条件和黑暗条件下合成光合产物的需求，且在B 组两条件下合成光合产
物的速率与A 组接近。
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
。
【答案】
(1) 每种色素的含量 4 种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越大，色素在滤纸条上扩散的速度越
快
(2)ABA 含量增加，气孔阻力变大，导致外界空气进入叶片中的CO2 量降低
(3) Ca2+ K+通过K+内流通道运入保卫细胞抑制气孔开放 K+通过K+外出通道运出保卫细胞
促进气孔关闭
【分析】光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应的场所在叶绿体类囊体薄膜上，产物有ATP、
NADPH 和氧气；暗反应场所为叶绿体基质，包括二氧化碳的固定和C3 的还原，且需要多种酶的参与。
【详解】（1）图1 中4 条色带的宽度大小代表着色素含量的多少，4 种色素之所以能彼此分离，其原因是
4 种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越大，色素在滤纸条上的扩散速度就越快；
（2）据图2 可知，由于ABA 含量增加，气孔阻力变大后外界空气进入叶片中的CO2 量降低，所以停止浇
水后拟南芥的光合速率降低；
（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Ca2+运入保卫细
胞，一方面抑制K+通过K+内流通道运入保卫细胞抑制气孔开放；另一方面促进K+通过K+外出通道运出
保卫细胞促进气孔关闭。
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