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大题01 细胞代谢
历年福建高考试题及全国高考试卷中，细胞代谢的高频考点着重考查以下方：其一，要求考生能够探
究特定环境因素对光合作用强度的影响，剖析不同环境因素作用于光合作用强度的内在原因，阐释光合作
用原理在生产生活实际中的运用。同时，能够精准判断题目所给定的是植物的净光合作用强度还是总光合
作用强度，并完成相关计算。其二，通过创设具体情境，考查考生对光合作用和呼吸作用基本过程的掌握
情况。此外，常结合影响因素，考查细胞呼吸和光合作用原理在生产生活中的应用。这一系列考查旨在全
面检验考生的理解能力、逻辑推理能力、实验探究能力以及解决问题的能力，助力考生树立起将光合作用
知识应用于生产生活实践的社会责任意识。
2023 年福建高考大题围绕秸秆还田与氮肥配施模式对玉米光合作用的影响展开，考查叶绿素吸收光类
型及对光反应产物和净光合速率变化的分析等。2024 全国甲第29 题依托 “温度对某植物叶片光合速率和
呼吸速率的影响曲线” 这一学科情境，着重考查考生运用生物学知识阐释实验现象的能力。其本质是对
教材中 “温度等环境因素对光合速率和呼吸速率的影响” 相关知识的深度挖掘与检验。2024 山东第21
题构建了 “不同处理条件对野生型和突变体小麦类囊体膜蛋白稳定性及蔗糖转化酶活性的影响”，以及
“野生型和突变体随时间推移胞间 CO 浓度与气孔导度的变化” 这两个学科情境。通过这些情境，着重
₂
考查考生运用生物学知识对实验现象进行解释的能力。该题紧密关联光反应和暗反应的内在联系、光饱和
点、蔗糖运输等生物学基础知识，旨在全面检验考生对知识的掌握程度与运用能力。2023 年湖南第17 题
考查水稻和玉米的光合作用暗反应卡尔文循环。 2024 年河北第19 题设置了“探究不同颜色覆膜对藏川
杨幼苗生长的影响”这一学科情境，围绕生物学中光合色素的吸收光谱、光反应和暗反应的物质变化及联
系、色素提取原理等基础知识，考查考生运用生物学知识对实验现象进行解释。
典例一：细胞呼吸与光合作用的过程及联系
《本草纲目》中记载，芝麻有补血生津、润肠、延缓细胞衰老之效，可用于肾亏虚引起的头晕眼花、须发
早白等症。如今芝麻是中国主要的油料作物之一，也是四大食用油料作物的佼佼者。科研人员以室内盆栽
为实验材料，测定了黑芝麻、白芝麻在中度干旱土壤中的相关代谢指标，结果如图所示。请回答下列问
题：
1
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(1)绿色植物的叶绿素主要存在于 ，其在光合作用中的功能是 。
(2)分析图1 实验结果，干旱对芝麻植株叶绿素含量的影响是 。若实验第10d 与第20d 时的气孔导
度、呼吸速率、酶的量及活性均相同，与实验第10d 时相比，实验第20d 时白芝麻净光合速率降低，从光
反应和暗反应两个方面分析，其原因是 。
(3)研究发现，中度干旱条件下，黑芝麻根细胞内的可溶性氨基酸含量明显升高。据此推测黑芝麻减小干旱
胁迫对水分吸收影响的机制是 。
(4)若实验进行到第50 天时，白芝麻的净光合作用速率降为0，此时其叶肉细胞的光合作用速率 （填
“大于”“小于”或“等于”）呼吸作用速率。
【答案】(1) 叶绿体的类囊体薄膜 吸收、传递、转化光能
(2) 随着实验天数的增加，白芝麻和黑芝麻的叶绿素含量都降低，且白芝麻组的叶绿素含量降低幅度
较黑芝麻组的大 与实验第10d 时相比，实验第20d 时的白芝麻的叶绿素含量降低，导致光反应速率降
低，实验20 d 时胞间CO2浓度增大，说明暗反应速率降低
(3)黑芝麻根细胞内的可溶性氨基酸含量明显升高，提高了根的细胞液浓度进而提高植物根系的吸水力
(4)大于
【分析】由图1 可知，白芝麻的叶绿素含量低于黑芝麻，根据图2 可知，随着培养天数增加，白芝麻的胞
间CO2浓度大于黑芝麻，根据图3 可知，随着培养天数的增加，白芝麻的净光合速率降低的幅度大于黑芝
麻。
【详解】（1）光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要存在于叶绿体的类囊体薄膜，其在光合作
用中的功能是吸收、传递、转化光能。
（2）根据图1 实验结果可知，随着实验天数的增加，白芝麻和黑芝麻的叶绿素含量都降低，且白芝麻组的
叶绿素含量降低幅度较黑芝麻组的大。结合图1 和图2 可知，与实验第10d 时相比，实验第20d 时白芝麻
的叶绿素含量降低，导致光反应速率降低；实验第10d 与第20d 时的气孔导度、呼吸速率、酶的量及活性
均相同，但第20d 时的胞间CO2浓度更大，说明白芝麻的暗反应速率降低。因此，与实验第10d 时相比，
实验第20d 时的白芝麻净光合速率降低。
（3）中度干旱条件下，黑芝麻根细胞内的可溶性氨基酸含量明显升高，可提高根的细胞液浓度进而提高
植物根系的吸水力，以减小干旱胁迫对水分吸收的影响。
2
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（4）白芝麻植株的净光合作用速率降为0，整个植株的光合作用速率等于呼吸作用速率，但由于只有叶肉
细胞能进行光合作用，故此时其叶肉细胞的光合作用速率大于呼吸作用速率。
一、叶绿体中色素的种类、含量及功能
二、光合作用和细胞呼吸的比较
比较项目
光合作用
细胞呼吸
代谢类型
合成作用(或同化作用)
分解作用(或异化作用)
发生范围
含叶绿体的植物细胞；蓝细菌、光合细菌等
所有活细胞
发生场所
叶绿体(真核生物)；细胞质(原核生物)
有氧呼吸：细胞质基质、线粒
体(真核生物)；细胞质(原核生
物)
无氧呼吸：细胞质基质
发生条件
只在光下进行
有光、无光都能进行
物质变化
无机物――→有机物
有机物――→无机物
能量变化
光能→化学能
化学能→热能、ATP 中活跃的化
学能
实质
无机物――→有机物；储存能量
有机物――→无机物(或简单有
机物)；释放能量
能量转化
的联系
元素转移
的联系
C：CO2――→(CH2O)→丙酮酸→CO2
O：H2O――→O2→H2O
H：H2O――→H＋→NADPH――→(CH2O)→[H]→H2O
过程联系
三、影响因素的光合作用
1．外部环境因素
(1)光照强度
①原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度加快，产生的
NADPH 和ATP 增多，使暗反应中C3还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
②曲线分析
3
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项目
生理过程
气体交换
生理状态模型
A 点
只进行呼吸
作用
吸收O2、释放CO2
AB 段
呼吸作用大
于光合作用
吸收O2、释放CO2
B 点
呼吸作用等
于光合作用
不与外界进行气体交换
B 点以
后
呼吸作用小
于光合作用
吸收CO2、释放O2
③应用：温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产；阴生植物的光补偿点和光饱
和点都较阳生植物低，间作套种农作物，可合理利用光能。
(2)CO2浓度
①原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。
②曲线分析
图1 中A 点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2 中A′点表示进行光合作用所需
CO2的最低浓度。B 点和B′点都表示CO2饱和点。
③应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”、增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。
(3)温度
①原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用。
4
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②曲线分析
AB 段
在B 点之前，随着温度升高，光合速率增大
B 点
酶的最适温度，光合速率最大
BC 段
随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50 ℃左右光合速率几乎为
零
③应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，
以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
(4)水分
①原理：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下
降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
②曲线分析
图1 表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。图2 曲线中间E 处光合作用强度暂时降低，
是因为温度高，蒸腾作用过强，部分气孔关闭，影响了CO2的供应。
(5)矿质元素
①原理：N、Mg、Fe 等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿素的合成，从而影响光合
作用。
②应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光合作用效
率。
2．内部因素
(1)植物自身的遗传特性，如植物品种不同，以阴生植物、阳生植物为例
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
5
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(3)植物叶面积指数
3．多因子变量对光合速率的影响
（2025·河南安阳·一模）香鳞毛蕨是一种具有很高的药用价值的植物资源，研究人员对其相关生理活动的
日变化进行了检测，结果如下图所示。回答下列问题：
6
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(1)香鳞毛蕨光合作用过程中NADPH 的运动方向为 。
(2)据图1 分析，07：00~10：00 期间影响光合速率的主要因素为 。
（答两种）。13：00 后影响光合速率的主要因素为光照强度，判断依据为 。
(3)图2 中06：00 时香鳞毛蕨的总光合速率为 μmol·m-2·s-1。11：00~18：00 期间该植物体内有机物的
积累量不断 ，判断依据是 。
(4)有人认为图2 中B~C 间呼吸速率增强是因为呼吸作用的最适温度位于B~C 之间。已知B 时的温度为T1，C
时的温度为T2，请以CO2传感器为检测工具，简要写出探究呼吸酶的最适温度的实验思路： 。
【答案】(1)类囊体薄膜→叶绿体基质
(2) 光照强度和 CO2浓度 13：00 后胞间 CO2浓度上升，但净光合速率下降，推知影响净光合速
率的主要因素为光照强度
(3) 2.2 增加 11：00~18：00 期间植物的净光合速率大于 0
(4)将生理状态相似的香鳞毛蕨幼苗随机均分为多组，分别置于T1-T2间一系列温度梯度、其余条件相同且
黑暗中培养一段时间，利用 CO2传感器检测每一组CO2的产生量。将统计的CO2产生量实验结果进行比较
得出结论
【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，其中光反应包括水的光解和ATP 的生成，暗反应包括二
氧化碳的固定和三碳化合物的还原等。
【详解】（1）光合作用过程中NADPH 是光反应的产物，产生场所是叶绿体的类囊体薄膜，在暗反应场所
叶绿体基质被利用，故香鳞毛蕨光合作用过程中NADPH 的运动方向为类囊体薄膜→叶绿体基质。
（2）据图1 分析，07：00~10：00 期间净光合速率随光照强度增加而增加，且胞间二氧化碳浓度也有变
化，故07：00~10：00 期间影响光合速率的主要因素为光照强度和 CO2浓度；据图可知，13：00 后胞间
CO2浓度上升，但净光合速率下降，推知影响净光合速率的主要因素为光照强度。
（3）总光合速率=净光合速率＋呼吸速率，图2 中06：00 时香鳞毛蕨的总光合速率为2＋
0.2=2.2μmol·m-2·s-1；据图可知，11：00~18：00 期间植物的净光合速率大于 0，有机物有积累，故期间该
植物体内有机物的积累量不断增加。
（4）分析题意，本实验目的是探究呼吸酶的最适温度，实验的自变量是不同温度，因变量是酶的活性，
可通过呼吸产物二氧化碳的释放量进行测定，故可设计实验如下：将生理状态相似的香鳞毛蕨幼苗随机均
分为多组，分别置于T1-T2间一系列温度梯度、其余条件相同且 黑暗中培养一段时间，利用 CO2传感器检
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测每一组 CO2的产生量。将统计的CO2产生量实验结果进行比较 得出结论。
典例二：光合作用的实验设计
（2024 年6 月浙江卷生物高考真题）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。
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
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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
(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）
【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。
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。
1.信息获取与加工
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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：
（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。
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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
。
【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
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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。
15 道左右最新模拟题和经典高考题，带上来源
（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。
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。
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
12
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(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
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。
（2024·甘肃·高考真题）类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某
作物的一种胎萌突变体，其种子大部分为黄色，少部分呈白色，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。
经鉴定，白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下（400μmol·m-2•s-1），纯合突变体叶片中叶绿体发
育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光（1μmol·m-2•s-1）下
培养一周，提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。回答下列问题。
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(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是 ，加入少许碳酸钙可以 。
(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是 。
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为 。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证据有：①纯合体种子为白色；②
。
(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X 的合成缺陷，X 最可能是 。若以上推断合理，则干旱处理
能够提高野生型中激素X 的含量，但不影响纯合突变体中X 的含量。为检验上述假设，请完成下面的实验
设计：
①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在 条件下培养一周，然后将野生型植株均
分为A、B 两组，将突变体植株均分为C、D 两组，A、C 组为对照，B、D 组干旱处理4 小时。
②测量指标：每组取3-5 株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各组的 。
③预期结果： 。
【答案】(1) 无水乙醇 防止研磨中色素被破坏
(2)叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成
(3)纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，光合作用极弱，无法满足植株生长对有机
物的需求，
(4)与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低（几乎为零）。
(5) 细胞分裂素 含水量等适宜 叶绿体的大小及数量，取其平均值 B 组叶绿体的大小及
数量高于A 组，C、D 两组叶绿体的大小及数量无差异且均明显低于A、B 两组。
【分析】影响植物光合作用的因素有光合色素的含量、光照、水等。细胞分裂素能够促进叶绿素的合成。
【详解】（1）叶片中的叶绿素和类胡萝卜素都能溶解在有机溶剂中，所以常使用无水乙醇提取。加入少
许碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。
（2）叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成，所以野生型植株叶片叶绿素含量在正常
光下比弱光下高。
（3）在正常光照下（400μmol·m-2•s-1），纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失，叶绿素和类
胡萝卜素的相对含量都极低，分别为0.3 和0.1，说明纯合突变体的光合作用极弱，无法满足植株生长对有
机物的需求，使得植株难以生长，因此正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子。
（4）由图可知：与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低（几乎为零），说明此突变体与
类胡萝卜素合成有关。
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（5）纯合突变体中可能存在某种植物激素X 的合成缺陷。由图可知：纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡
萝卜素的相对含量都极低，而细胞分裂素能促进叶绿素的合成， 据此可推知：X 最可能是细胞分裂素。若
以上推断合理，则干旱处理能够提高野生型中激素X 的含量，但不影响纯合突变体中X 的含量。为检验上
述假设，并结合题意“在正常光照下，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失”可知：该实验的
自变量是植株的种类和培养条件，因变量是叶绿体的大小及数量，而在实验过程中对植株的生长有影响的
无关变量应控制相同且适宜。据此，依据实验设计遵循的对照原则和单一变量原则和题干中给出的不完善
的实验设计可推知，补充完善的实验设计如下：
①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在含水量等适宜条件下培养一周，然后将野生型
植株均分为A、B 两组，将突变体植株均分为C、D 两组，A、C 组为对照，B、D 组干旱处理4 小时。
②测量指标：每组取3-5 株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各组的叶绿体的大小及数量，取其
平均值。
③预期结果：本实验为验证性实验，其结论是已知的，即干旱处理能够提高野生型中激素X 的含量，但不
影响纯合突变体中X 的含量，所以预期的结果是：B 组叶绿体的大小及数量高于A 组，C、D 两组叶绿体
的大小及数量无差异且均明显低于A、B 两组。
（2024·广东·高考真题）某湖泊曾处于重度富营养化状态，水面漂浮着大量浮游藻类。管理部门通过控
源、清淤、换水以及引种沉水植物等手段，成功实现了水体生态恢复。引种的3 种多年生草本沉水植物
（①金鱼藻、②黑藻、③苦草，答题时植物名称可用对应序号表示）在不同光照强度下光合速率及水质净
化能力见图。
回答下列问题：
(1)湖水富营养化时，浮游藻类大量繁殖，水体透明度低，湖底光照不足。原有沉水植物因光合作用合成的
有机物少于 的有机物，最终衰退和消亡。
(2)生态恢复后，该湖泊形成了以上述3 种草本沉水植物为优势的群落垂直结构，从湖底到水面依次是
，其原因是 。
(3)为了达到湖水净化的目的，选择引种上述3 种草本沉水植物的理由是 ，三者配合能实现综合
治理效果。
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(4)上述3 种草本沉水植物中只有黑藻具（C4光合作用途径（浓缩CO2形成高浓度（C4后，再分解成（CO2
传递给C5）使其在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用，在水生植物群落中竞争力较强。根据图a
设计一个简单的实验方案，验证黑藻的碳浓缩优势，完成下列表格。
实验设计方案
实验材料
对照组： 实验组：黑藻
实验条件
控制光照强度为 μmol·m-2·s-1
营养及环境条件相同且适宜，培养时间相同
控制条件
测量指标
(5)目前在湖边浅水区种植的沉水植物因强光抑制造成生长不良，此外，大量沉水植物叶片凋落，需及时打
捞，增加维护成本。针对这两个实际问题从生态学角度提出合理的解决措施 。
【答案】(1)呼吸作用消耗
(2) ③②① 最大光合速率对应光强度依次升高
(3)①(金鱼藻)除藻率高，②(黑藻)除氮率高，③(苦草)除磷高
(4) 金鱼藻 500 二氧化碳浓度较低且相同 氧气释放量
(5)合理引入浮水植物，减弱沉水植物的光照强度；合理引入以沉水植物凋落叶片为食物的生物
【分析】图a 分析，一定范围内光照强度增大，三种植物的光合速率加快，光照强度超过一定范围，三种
植物的光合速率均减小。图b 分析，金鱼藻、黑藻和苦草都能在一定程度上去除氮和磷、藻。
【详解】（1）由于湖底光照不足，导致原有沉水植物因光合作用合成的有机物少于细胞呼吸消耗的有机
物，生物量在减少，不足以维持生长，最终衰退和消亡。
（2）据图分析，最大光合速率对应光强度依次升高，因此生态恢复后，该湖泊形成了以上述3 种草本沉水
植物为优势的群落垂直结构，从湖底到水面依次是③②①。
（3）据图b 分析，金鱼藻除藻率高，黑藻除氮率高，苦草除磷率高，三者配合能高效的去除氮、磷和藻，
能实现综合治理效果。
（4）本实验的实验目的是验证黑藻的碳浓缩优势，自变量是植物种类，即黑藻、金鱼藻，因此对照组是
金鱼藻。无关变量应该保持相同且适宜，黑藻在光照强度为500μmol·m-2·s-1 时光合速率最强，因此控制
光照强度为500μmol·m-2·s-1。为的是验证碳浓缩优势，因此控制条件为低二氧化碳浓度。因变量是光合速
率的快慢，因此检测指标是单位时间释放氧气的量。
（5）目前的两个实际问题是湖边浅水区种植的沉水植物因强光抑制造成生长不良，大量沉水植物叶片凋
落，需及时打捞，增加维护成本，因此可以合理引入浮水植物，减弱沉水植物的光照强度；合理引入以沉
水植物凋落叶片为食物的生物。
（2024·湖北·高考真题）气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小，
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控制CO2进入和水分的散失，影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料，研究并发现了相
关环境因素调控气孔关闭的机理（图1）。已知ht1 基因、rhc1 基因各编码蛋白甲和乙中的一种，但对应关
系未知。研究者利用野生型（wt）、ht1 基因功能缺失突变体（h）、rhc1 基因功能缺失突变体（r）和ht1/
rhc1 双基因功能缺失突变体（h/r），进行了相关实验，结果如图2 所示。
回答下列问题：
(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致保卫细胞 （填“吸水”或“失水”），引起气孔关
闭，进而使植物光合作用速率 （填“增大”或“不变”或“减小”）。
(2)图2 中的wt 组和r 组对比，说明高浓度CO2时rhc1 基因产物 （填“促进”或“抑制”）气孔关
闭。
(3)由图1 可知，短暂干旱环境中，植物体内脱落酸含量上升，这对植物的积极意义是 。
(4)根据实验结果判断：编码蛋白甲的基因是 （填“ht1”或“rhc1”）。
【答案】(1) 失水 减小
(2)促进
(3)干旱条件下脱落酸含量升高，促进叶片脱落，抑制气孔开放，能够减少蒸腾作用，保存植物体内水分，
使植物能够在干旱中生存
(4)rhc1
【分析】1、溶液的渗透压是指溶液中溶质微粒对水的吸引力。
2、脱落酸在根冠和萎蔫的叶片中合成较多，在将要脱落和进入休眠期的器官和组织中含量较多，脱落酸
是植物生长抑制剂，它能够抑制细胞的分裂和种子的萌发，还有促进叶和果实的衰老和脱落，促进休眠和
提高抗逆能力等作用。
3、分析图2 可知，高浓度CO2 时，r 组气孔开放度均高于wt 组、h 组和h/r 组，结合图1 分析，高浓度
CO2 时蛋白甲经过一系列调控机制最终使气孔关闭。r 组是rhc1 基因功能缺失突变体，高浓度CO2 时，r
组气孔开放度高，说明缺失rhc1 基因编码的蛋白质不能够引起气孔关闭，由此推测，rhc1 基因编码的是蛋
白甲。
【详解】（1）保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致细胞液的渗透压降低，保卫细胞失水引起气孔关
闭。气孔关闭后，CO2 吸收减少，光合速率减小。
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（2）r 组是rhc1 基因功能缺失突变体，即缺少rhc1 基因产物，wt 组能正常表达rhc1 基因产物。分析图
2，高浓度CO2 时，wt 组气孔开放度低于r 组，说明rhc1 基因产物能促进气孔关闭。
（3）脱落酸是植物生长抑制剂，它能够抑制细胞的分裂和种子的萌发，还有促进叶和果实的衰老和脱
落。干旱条件下脱落酸含量升高，促进叶片脱落，抑制气孔开放，能够减少蒸腾作用，保存植物体内水
分，使植物能够在干旱中生存。
（4）分析图2 可知，高浓度CO2 时，r 组气孔开放度均高于wt 组、h 组和h/r 组，结合图1 分析，高浓度
CO2 时蛋白甲经过一系列调控机制最终使气孔关闭。r 组是rhc1 基因功能缺失突变体，高浓度CO2 时，r
组气孔开放度高，说明缺失rhc1 基因编码的蛋白质不能够引起气孔关闭，由此推测，rhc1 基因编码的是蛋
白甲。
（2024·全国·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）该植物叶片在温度a 和c 时的光合速率相等，但由于呼吸速率不同，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。
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（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。
（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 7—10 时，随着光照强度的增加，株系1 和2 由于转入了改变光呼吸的
相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程 不能
总光合速率=净光合速率+呼吸速率，呼吸速率为光照强度为0 时二氧化碳的释放速率，图3 的横坐标为二
氧化碳的浓度，无法得出呼吸速率，
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(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】1、光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，①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，以及ATP 的形成；②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；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。
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；第三阶段是氧气和NADH 反应生成水，合成大量ATP。
【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。7—10 时，随着光照强度的增加，株系1 和2 由于转入
了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过
程，因此与WT 相比，株系1 和2 的净光合速率较高。总光合速率=净光合速率+呼吸速率，呼吸速率为光
照强度为0 时二氧化碳的释放速率，图3 的横坐标为二氧化碳的浓度，因此无法得出呼吸速率，故据图3
中的数据不能计算出株系1 的总光合速率。
（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。
（2024·浙江·高考真题）长江流域的油菜生产易受渍害。渍害是因洪、涝积水或地下水位过度升高，导致
作物根系长期缺氧，对植株造成的胁迫及伤害。
回答下列问题：
(1)发生渍害时，油菜地上部分以有氧（需氧）呼吸为主，有氧呼吸释放能量最多的是第 阶段。地下部
分细胞利用丙酮酸进行乙醇发酵。这一过程发生的场所是 ，此代谢过程中需要乙醇脱氢酶的催化，促
进氢接受体（NAD+）再生，从而使 得以顺利进行。因此，渍害条件下乙醇脱氢酶活性越高的品种越
（耐渍害/不耐渍害）。
(2)以不同渍害能力的油菜品种为材料，经不同时长的渍害处理，测定相关生理指标并进行相关性分析，结
果见下表。
光合速率
蒸腾速率
气孔导度
胞间CO2浓度
叶绿素含量
光合速率
1
20
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蒸腾速率
0.95
1
气孔导度
0.99
0.94
1
胞间CO2浓度
-0.99
-0.98
-0.99
1
叶绿素含量
0.86
0.90
0.90
-0.93
1
注：表中数值为相关系数（r），代表两个指标之间相关的密切程度。当|r|接近1 时，相关越密切，越接近
0 时相关越不密切。
据表分析，与叶绿素含量呈负相关的指标是 。已知渍害条件下光合速率显著下降，则蒸腾速率呈
趋势。综合分析表内各指标的相关性，光合速率下降主要由 （气孔限制因素/非气孔限制因素）导致
的，理由是 。
(3)植物通过形成系列适应机制响应渍害。受渍害时，植物体内 （激素）大量积累，诱导气孔关闭，调
整相关反应，防止有毒物质积累，提高植物对渍害的耐受力；渍害发生后，有些植物根系细胞通过 ，
将自身某些薄壁组织转化腔隙，形成通气组织，促进氧气运输到根部，缓解渍害。
【答案】(1) 三/3 细胞质基质 葡萄糖分解（糖酵解） 耐渍害
(2) 胞间CO2浓度 下降 非气孔限制因素 胞间CO2浓度与光合速率和气孔导度呈负相关
(3) 脱落酸 程序性死亡/凋亡
【详解】（1）有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜进行，是有氧呼吸过程中释放能量最多的阶段。乙醇发酵
（无氧呼吸）的场所是细胞质基质。葡萄糖分解形成丙酮酸和NADH，该过程需要NAD+参与，所以氢接
受体（NAD+）再生，有利于葡萄糖分解的正常进行，由此可知，渍害条件下乙醇脱氢酶活性越高的品种
能产生更多的能量维持生命活动的进行，更加耐渍害。
（2）由表可知，叶绿素含量与胞间CO2浓度的相关系数为负值，说明二者呈负相关。光合速率与蒸腾速
率的相关系数为0.95，为正相关，所以光合速率显著下降，则蒸腾速率呈下降趋势。由于胞间CO2浓度与
光合速率和气孔导度呈负相关，即虽然气孔导度下降，但胞间CO2上升，说明光合速率下降主要由非气孔
限制因素导致的。
（3）脱落酸具有诱导气孔关闭的功能，在受渍害时，其诱导气孔关闭，调整相关反应，防止有毒物质积
累，提高植物对渍害的耐受力。渍害发生后，有些植物根系细胞通过通过凋亡（程序性死亡），从而形成
腔隙，进一步形成通气组织，促进氧气运输到根部，缓解渍害。
（24-25 高三下·四川雅安·开学考试）荔枝是一种起源于我国南方的树种，在广东省被广泛种植。生产上常
采用环剥枝梢和遮阴来控制荔枝枝梢生长。为揭示荔枝对低光照的适应生理，探索光伤害与环剥效应的关
系，实验人员以12 年生“黑叶”荔枝为研究材料，进行环剥、遮阴、遮阴+环剥处理，观测到的新梢生
长、叶绿素指数、叶片淀粉含量和叶片净光合速率(Pn)的结果如下表、下图所示。回答下列问题：
项目
对照组
环剥组
遮阴组
遮阴+环剥组
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枝梢长度/mm
80
20
20
20
叶绿素指数
55
45
54
51
叶片淀粉含量/
(mg·g⁻¹DW)
25
28
12
15
注：叶绿素指数值越大，表明叶片叶绿素含量越多。
(1)种植荔枝时需要进行合理密植，如果种植过密，荔枝产量会下降，结合题表和题图分析，其原因可能是
① ；② 。
(2)与对照组相比，环剥组叶片叶绿素含量明显 ，但遮阴处理会缓解环剥引起的叶绿素含量变
化，依据是 。
(3)与对照组相比，环剥组净光合速率更低，但叶片淀粉积累量更多，推测其原因可能是 。
(4)实验人员将荔枝的枝条一半进行遮阴处理，一半不进行遮阴处理，并在不进行遮阴处理的枝条上滴加含
¹⁴ C₁ 的碳素营养液，检测到相邻遮阴处理的枝条并无放射性，由此可以得出的结论是 。
【答案】(1) 种植过密会使部分枝条接受不到光照而抑制枝梢生长 种植过密会使部分枝条接受不
到光照，净光合速率降低
(2) 下降 与环剥组相比，遮阴+环剥组叶绿素含量明显恢复(上升)
(3)环剥阻断了叶片中的淀粉向其他部位运输，从而导致叶片中积累的淀粉更多
(4)被遮阴的枝条并不能从相邻未被遮阴的枝条中获取碳素营养
【分析】光合作用固定二氧化碳的速率，即单位时间单位叶面积的二氧化碳固定（或氧气释放）量，也称
光合强度。真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。
【详解】（1）根据题表数据可知，与对照组相比，遮阴组枝梢长度明显更短，说明遮阴能抑制枝梢的长
度；根据题图数据可知，遮阴组净光合速率更低，说明遮阴能降低净光合速率，所以种植荔枝时要合理密
植。
（2）与对照组相比，环剥组叶片叶绿素含量明显下降，但遮阴+环剥组叶绿素含量明显高于环剥组，说明
遮阴处理会缓解环剥引起的叶绿素含量下降。
（3）与对照组相比，环剥组净光合速率更低，但叶片淀粉积累量更多，因为环剥使韧皮部的筛管组织遭
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到破坏，阻断了叶片中的淀粉向其他部位运输，从而导致叶片中积累的淀粉更多。
（4）根据题意可知，在不进行遮阴处理的枝条上滴加含C 的碳素营养液，检测到相邻遮阴处理的枝条并无
放射性，由此说明被遮阴的枝条并不能从相邻未被遮阴的枝条中获取碳素营养。
（24-25 高三下·河南·开学考试）生活在高盐度水体中的盐藻是一种单细胞真核藻类，细胞内具有杯状叶绿
体。为研究盐藻的光合特性以及为盐藻的人工培养提供依据，研究人员在24℃条件下利用人工配制的高盐
度培养液进行了三组盐藻培养实验（每组设三个平行组），给甲、乙、丙三组提供的（CO2浓度依次为
350uL·L-1、700uL·L-1、1000uL·L-1）实验结果如图。回答下列问题：
(1)高盐度培养液中无机盐的种类及浓度属于实验变量中的 。培养液盐度的高低会影响盐藻细胞的吸
水与代谢，这是因为无机盐具有 的作用。
(2)水光解的直接产物除O2外还有 。若在某光照条件下，给盐藻提供H2
18O 和C16O2盐藻细胞中产生了
含
18O 的糖类等有机物，水中的
18O 进入糖类的生理过程主要包括 。
(3)图中数据表明，当CO2浓度在350uL·L-1至1000uL·L-1之间，光照强度大于200umol·m-2·s-1时，光合速率与
CO2浓度的关系表现为 。在光照强度小于100umol·m-2·s-1时，CO2浓度不是光合速率的限制因素，原因
是 。在光照强度为300umol·m-2·s-1时，与甲组相比，丙组盐藻的光合速率高，此时其叶绿体内NADPH
的相对含量 。
【答案】(1) 无关变量 维持渗透压、提供无机营养
(2) H+和电子 有氧呼吸的第二阶段、暗反应阶段
(3) 呈正相关（或光合速率随CO2浓度的增大而增大） 光照强度过低，光反应产生的NADPH 和
ATP 不足 低
【分析】1、影响光合速率的因素有外因（光照强度、温度、二氧化碳浓度等）和内因（叶绿素的含量、
酶等）。
2、叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
【详解】（1）无机盐的种类及浓度属于实验变量中的无关变量；无机盐的浓度会影响培养液的渗透压，
进而影响盐藻细胞的吸水能力。无机盐具有维持渗透压、提供无机营养等作用。
（2）在光合作用的光反应中，水分子被光解为氧气（O₂）、质子（H⁺）和电子（e⁻），这些产物参与后续
的光合电子传递链和ATP 的合成；在有氧呼吸的第二阶段H2O 与丙酮酸反应生成CO2，在卡尔文循环中，
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水中的
18O 通过中间产物（如3-磷酸甘油酸）最终进入糖类等有机物中，因此水中的
18O 进入糖类的生理过
程主要包括有氧呼吸的第二阶段、暗反应阶段。
（3）在光照强度足够高的情况下，CO₂ 浓度成为光合速率的限制因素，随着CO₂ 浓度的增加，光合速率也
会相应提高，两者关系表现为呈正相关（或光合速率随CO2浓度的增大而增大）；光照强度过低，光反应
产生的NADPH 和ATP 不足以支持暗反应的进行，因此CO₂ 浓度对光合速率的影响较小；在光照强度为
300umol·m-2·s-1时，丙组的CO₂ 浓度与甲组相同，但光合速率更高，说明丙组的暗反应效率更高，x 消耗了
更多的NADPH，从而支持更高的光合速率，所以此时其叶绿体内NADPH 的相对含量较低。
（24-25 高三下·广东·开学考试）氮主要影响香蕉的茎叶生长和果实发育，但大量使用氮肥会造成土壤酸
化。缓释肥的研发和推广是解决上述问题的有效途径之一。使用缓释肥后，无机盐的持续供应有利于激活
RuBP 羧化酶（参与CO2固定）的活性。为研究缓释肥对香蕉生长的影响，我国科学家做了探究实验，部分
结果如下表所示。
组别
叶绿素含量
（mg/g）
净光合速率
（μmol·m-2·s-1）
对照组
0.367
3.88
硫酸铵
组
0.691
5.09
缓释氮
组
0.477
8.97
回答下列问题：
(1)表中对照组的处理为 ，其叶绿素含量低于硫酸铵组和缓释氮组，原因是 。
(2)由表可知，缓释氮 （填“是”或“不是”）主要通过影响叶绿素含量来提高香蕉苗的净
光合速率，依据是 。
(3)为进一步了解缓释氮的作用机理，研究人员对香蕉苗的部分指标进行了相关性分析，结果如图所示。据
图分析，缓释氮影响香蕉苗光合作用的原因主要是 。
（注：图中数值为相关系数，代表净光合速率与另一个指标之间相关的密切程度。当相关系数越接近1 时
相关越密切，越接近0 时相关越不密切。）
(4)为平衡经济效益与生态效益，缓释氮肥在投入香蕉园使用前，需在上述实验数据的基础上增加
（答两点）指标的测量。
【答案】(1) 不施氮肥 氮供应较少，叶绿素合成较少
(2) 不是 缓释氮组净光合速率最大，但叶绿素含量不是最大
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(3)缓释氮促进香蕉苗对氮的吸收，增加全株氮积累量，激活RuBP 羧化酶，提高暗反应速率，增强光合作
用
(4)香蕉产量、土壤的酸碱度
【分析】1、本实验要研究缓释肥对香蕉苗生长的影响，自变量为是否使用缓释肥，因变量为净光合速
率、叶绿素总量。
2、净光合速率=总光合速率+呼吸速率。影响光合作用的主要环境因素有二氧化碳浓度、温度、光照强
度。
【详解】（1）本实验的实验目的为研究缓释肥对香蕉生长的影响，由此可知自变量为是否使用缓释肥，
因变量为香蕉的生长指标。由此可知，实验分组为硫酸铵组（非缓释肥组），缓释氮组（缓释肥组），则
对照组为空白对照处理为不施氮肥，氮是构成叶绿素的必需元素，对照组氮供应少，由此推测叶绿素合成
较少，故叶绿素总量低于硫酸铵组和缓释氮组。
（2）由表格可知，缓释氮组香蕉苗的净光合速率最大，但叶绿素含量不是最大，说明缓释氮肥主要不是
通过影响叶绿素含量来提高净光合速率。
（3）分析图可知，香蕉苗的净光合速率与全株氮积累量相关性最大，与叶绿素含量和胞间CO2浓度相关性
较小。由此，推理出缓释氮影响全株氮积累量来提高净光合速率。结合题干信息“使用缓释肥后，无机盐
的持续供应有利于激活RuBP 羧化酶（参与CO2固定）的活性”，推理出缓释氮促进香蕉苗吸收氮，从而增
加全株氮积累量，氮的持续供应可激活RuBP 羧化酶，而RuBP 羧化酶参与光合作用中暗反应的CO2固定过
程，由此提高暗反应速率，增强光合作用。
（4）缓释氮肥在投入使用前需要考虑经济效益和生态效益，由题干信息“氮主要影响香蕉的茎叶生长和
果实发育，但大量氮肥的使用会造成土壤酸化”推理，表格数据缺乏衡量经济效益和生态效益的指标，故
增加测量香蕉产量（经济效益）和土壤的酸碱度（生态效益）。
（24-25 高三下·贵州遵义·开学考试）为研究玉米C4型光合酶基因对C3植物拟南芥光合特性的影响，研究人
员分别以过表达PEPC（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，参与CO2固定）和PPDK（丙酮酸磷酸二激酶）的转单个
酶基因的拟南芥株系为材料，实验在拟南芥开花期停止浇水，并测定植株中目标基因在叶中的表达量、光
合速率等指标（GL1 为野生型对照）。回答下列问题：
表非水分胁迫处理条件下转基因拟南芥几种生理指标的测定结果
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转基因
材料
PEPC 活性[μmol·mg
（pro）
-1.h-1 ]
PPDK 活性[μmol·mg
（pro）
-1.h-1 ]
净光合速率
（μmolCO2.m-1.s-1）
GL1
2.41
1.62
3.78
PC
3.27
1.83
4.51
PK
3
2.27
4.58
(1)拟南芥体内的 感受光信号，其结构发生变化，这一变化的信息经过信号传递系统的传导，影响特
定基因的表达，从而表现出生物学效应。
(2)实验中，转PEPC 植株包含3 个株系（PC65、PC73 和PC90），转PPDK 植株包含3 个株系（PK16、PK26
和PK36）。据图分析：GL1 株系的目标基因的相对表达量为 ；目标基因在转基因拟南芥叶片中均可
，但在 中存在显著差异，PK16 株系中的PPDK 基因的相对表达量最大。
(3)表中数据显示，转入 基因后，目标酶活性相较GL1 株系提高的百分比更大。结合PEPC 的功能分
析，转PEPC 基因拟南芥株系净光合速率提高的原因可能是 。
(4)为研究干旱胁迫对拟南芥净光合速率的影响，研究人员在干旱胁迫前1 天、胁迫第5 天、第10 天，以及
复水第5 天分别测定净光合速率。本实验的对照方式为 。设计复水组的目的在于 。
【答案】(1)光敏色素
(2) 0 检测到表达 不同转基因株系
(3) PEPC PEPC 基因提高了CO₂ 的固定效率
(4) 正常浇水处理 为了观察干旱胁迫对植物造成的损伤是否可以通过复水恢复
【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。净光合速率=光合速率-呼吸速
率，当净光合速率小于0 时，表示光合速率<呼吸速率；当净光合速率等于0 是，表示光合速率=呼吸速
率；当净光合速率大于0 时，表示光合速率>呼吸速率。
【详解】（1）光敏色素是植物中感受光信号的主要色素，其结构随光照变化而变化，通过信号传导系统
影响特定基因的表达，引起植物的生物学效应；
（2）根据图中数据，GL1 株系的目标基因相对表达量为0，没有数据显示；根据表非水分胁迫处理条件下
转基因拟南芥几种生理指标的测定结果，目标基因在转基因拟南芥叶片中均可均可检测到表达，但在转基
因株系间存在显著差异，PK16 株系中的PPDK 基因的相对表达量最大；
（3）由表中数据可以看出，转入PEPC 基因后目标酶活性的提高百分比大于转入PEPC 基因后的提高百分
比。PEPC 基因可参与CO2的固定，提高CO2的固定效率，从而提高光合速率；
（4）正常浇水处理作为对照组，用于与干旱胁迫组进行比较。设计复水组的目的是为了观察干旱胁迫对
植物造成的损伤是否可以通过复水恢复，以此判断干旱胁迫的影响是否具有可逆性。
（24-25 高三上·北京昌平·期末）玉米作为我国重要的粮食作物，其产量受到高温胁迫的显著影响。科研人
员对水杨酸(SA)提高玉米耐受高温胁迫的分子机制进行了研究。
(1)SA 是一种植物激素，其作为 分子，调节植物的逆境响应。
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(2)科研人员选用特定玉米品种进行实验，图1 结果表明，SA 可缓解高温胁迫导致的净光合速率下降，判断
依据是 。
(3)为探究SA 影响光合作用的机理，测定了不同条件下PsbO 蛋白、D1 蛋白（参与光反应的关键蛋白)的相
对含量，图2 结果表明 。
(4)在高温胁迫下，MDA(丙二醛)的积累会导致细胞膜的氧化损伤，科研人员推测SA 可通过提高抗氧化酶活
性降低高温胁迫下MDA 的含量。图3 结果不能完全证实上述推测，请说明理由 。
(5)进一步研究发现，在高温胁迫下，SA 能够降低脱落酸(ABA)的含量，已知ABA 能够抑制气孔开放。请综
合以上信息，阐明SA 缓解高温胁迫导致的玉米净光合速率下降的机制（在方框中以文字和箭头的形式作
答）。
【答案】(1)信息/信号
(2)高温-SA 组的净光合速率高于高温组，但低于常温组
(3)SA 能够缓解高温胁迫下PsbO 蛋白、D1 蛋白相对含量的下降
(4)图3 结果仅能说明在高温胁迫下，SA 能提高抗氧化酶活性，能降低MDA 含量，不能证明抗氧化酶活性
与MDA 含量之间的因果关系
(5)
【分析】二氧化碳和光照强度会影响光合作用程度，叶片中的气孔导度会影响叶片对二氧化碳的吸收量进
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而影响光合作用程度，光合色素含量会影响叶绿体对光能的利用率。
【详解】（1）SA 是一种植物激素，作为信息分子，微量高效，调节植物的逆境响应，有利于植物生命活
动；
（2）水杨酸（SA）是一种与植物抗热性有关的植物激素，图1 结果表明，SA 可缓解高温胁迫导致的净光
合速率下降，因为高温-SA 组的净光合速率高于高温组，但低于常温组，说明在高温条件下SA 起到了一定
的作用；
（3）为探究SA 影响光合作用的机理，测定了不同条件下PsbO 蛋白、D1 蛋白（参与光反应的关键蛋白)的
相对含量，图2 结果展示高温胁迫下加入SAPsbO 蛋白、D1 蛋白相对含量有所上升，表明SA 能够缓解高温
胁迫下PsbO 蛋白、D1 蛋白相对含量的下降；
（4）在高温胁迫下，MDA(丙二醛)的积累会导致细胞膜的氧化损伤，科研人员推测SA 可通过提高抗氧化
酶活性降低高温胁迫下MDA 的含量。图3 结果不能完全证实上述推测，理由是图3 结果仅能说明在高温胁
迫下，SA 能提高抗氧化酶活性，能降低MDA 含量，而不能证明抗氧化酶活性与MDA 含量之间的因果关
系，如果需要证明，还需要增加实验，重复次数进一步验证；
（5）进一步研究发现，在高温胁迫下，SA 能够降低脱落酸(ABA)的含量，已知ABA 能够抑制气孔开放，SA
能够降低脱落酸含量则会增加气孔开放程度，增加二氧化碳吸收速率，从而使得暗反应速率增加，因为暗
反应会进行二氧化碳的固定过程，综合以上信息，并结合本题小问3，阐明SA 缓解高温胁迫导致的玉米净
光合速率下降的机制可以是两条途径，如图：
（2025·全国·一模）刺莓苔是一种具有观赏、食用和药用价值的植物。科研人员欲为大规模种植刺莓苔提
供理论依据，探究了土壤含水量对刺莓苔总光合速率的影响，相关实验结果如图1 所示（无关变量相同且
适宜）。回答下列问题：
(1)水分进入刺莓苔根细胞的方式有 。
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(2)除了图1 所示实验，该科研人员还要在 条件下，测量各组的 ，才能达到实验的最终目的。
(3)据图1 分析，刺莓苔在不同含水量的土壤中生长快慢的规律是 ；据此，给大规模种植刺莓苔的花
农提一个合理的建议： 。
(4)该科研人员为了进一步研究土壤中含水量达到90%时，刺莓苔净光合速率降低与叶片色素含量的关系，
实验结果如图2 所示。
①实验期间，在栽培的第5、10 和15 天，每组分别摘取植株的相同部位的叶片并用 （试剂）提取色
素，然后利用分光光度计测定色素吸光值。
②该实验的结论是 。
【答案】(1)自由扩散和协助扩散(或易化扩散)
(2) 黑暗(且其他条件与图1 所示实验相同) 呼吸速率
(3) 含水量达到70%之前，随着土壤含水量增大，生长速率逐渐加快；含水量达到70%之后，随着土
壤含水量增大，生长速率逐渐减慢(答案合理即可) 栽种刺莓苔的土壤含水量应保持在70%左右
(4) 无水乙醇 含水量达到 90%会导致叶片色素含量下降，从而导致净光合速率下降
【分析】结合图示可知，本实验的自变量是土壤相对含水量，因变量是净光合速率，据此分析作答。
【详解】（1）水分进入刺莓苔根细胞的方式有自由扩散和通过水通道蛋白进出的协助扩散两种类型。
（2）本实验目的最终是探究土壤含水量对刺莓苔总光合速率的影响，而图1 测得的是净光合速率，为了探
究土壤含水量对刺莓苔总光合速率的影响，需在有光条件下测量净光合速率，黑暗条件下测量呼吸速率，
每组的净光合速率和呼吸速率之和，即该组的总光合速率。
（3）图1 的自变量是土壤含水量，因变量是净光合速率，从图1 中信息可知，含水量达到70%之前，随着
土壤含水量增大，净光合速率增大，生长速率逐渐加快；含水量达到 70%之 后，随着土壤含水量增大，
生长速率逐渐减慢，由此，给大规模种植刺莓苔的花农提一个合理的建议是栽种刺 莓苔的土壤含水量应
保持在 70%左右。
（4）光合色素易溶于有机溶剂，可用无水乙醇进行提取；依据图2 实验结果可知，相同时间摘取的两组叶
片中，含水量为90%的 土壤中，植株叶片的色素含量均低于对照组(含水量为70%)，说明土壤中含水量过
高会导致叶片色素含量降 低，从而导致植物的净光合速率降低。
（24-25 高三下·贵州贵阳·阶段练习）水稻直接播种 （直播）具有省工、节本、高效等突出优点。要想达
到直播稻高产稳产必须有一个较高质量的群体结构，合理的播种量是直播稻构建优质群体的基础。本实验
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围绕播种量对少蘖型水稻产量展开研究。结果如下表：
组
别
播种量
（kg/
667m²）
叶绿素总
量
（mg/g）
茎、叶干
重（g/单
株）
千粒
重
（g）
单株有
效穗
（个）
每穗
粒数
（粒
）
实际产量
（kg/
667m²）
A
2
85.68
15.07
27.5
2.17
177.5
637.9
B
3
80.88
14.23
28.1
2.26
177.1
649.4
C
4
80.37
6.43
29.2
2.39
177.9
709.9
【注：千粒重表示1000 粒种子的重量 （g）。】
(1)可以用 （填化学试剂的名称）提取叶绿体中的色素。当测定叶绿素含量时，用红光照射色素溶液
测定吸光度，进一步推算叶绿素含量，而不能选用蓝紫光，原因是 。
(2)研究人员分别从A 组和C 组水稻相同部位选取了数量相同的两组叶片，在相同条件下测定两者净光合速
率，发现一组叶片 （甲）的净光合速率达到最大所需的光照强度高于另一组叶片 （乙），甲组叶片可能
来自 （填“A”或“C”）组的叶片，依据是 。
(3)据表分析，实验结果显示 C 组单株茎、叶干重在三个组别是最低的，理由是 。
【答案】(1) 无水乙醇 叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，选择红光可
排除类胡萝卜素的干扰
(2) A A 组叶片叶绿素含量比C 组高
(3)种植密度在三组中最大，单株获得的光能比前两组低，光合速率更低，但实际产量却是C 组最高，说明
C 组合成的有机物更多分配到果实中
【分析】光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段，光合作用阶段发生在类囊体膜上，类囊体膜上含有与光
反应有关的酶和色素，暗反应发生在叶绿体基质中，包括二氧化碳固定和三碳化合物还原两个过程，叶绿
体基质中含有与暗反应有关的多种酶，暗反应需要光反应产生的还原氢和ATP。
【详解】（1）提取叶绿体中的色素选用的是无水乙醇，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要
吸收蓝紫光，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰，所以测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫
光。
（2）A 组叶片叶绿素含量比片C 组高，叶片所能利用的最大光照强度也就更大，发现A 叶片的净光合速率
达到最大所需的光照强度高于C 叶片。
（3）依据表格，C 组单组茎、叶干重最低，理由是种植密度在三组中最大，单株获得的光能比前两组低，
光合速率更低，合成的有机物更多分配到果实中。
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