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押题02 细胞代谢与生产实践
猜押 4 大题型
题型01 光合作用与呼吸作用机制
题型02 酶活性调节与能量代谢
题型03 微生物发酵技术
题型04 农业增产
猜押考点
3 年真题
考情分析
押题依据
细胞分子组
成及结构
2024 年安徽·
第3 题2024
年安徽·第16
题2024 年安
徽·第20 题
2025 年新高考生物新结构体系
下，细胞代谢更注重考查学生的对
核心概念和过程机理的深度理解；
在真实情境下的问题解决能力。
题目更加注重综合性、应用
性、创新性，对知识点的背景和应
用有更多的掌握。
细胞代谢题型要求考生在细读题干
的基础上，依据题目提供的信息，联系
所学的知识和方法，实现信息的迁移，
达到灵活解题的目的；遇到新定义问
题，应耐心读题，分析新定义的特点，
弄清新定义的性质，按新定义的要求，
“照章办事”，逐条分析、验证、运
算，使问题得以解决.
难度适中，可以预测2025 年选择题
拓展题目命题方向将会以新定义类题型
展开命题．
题型1 光合作用与呼吸作用机制
1．人类癌细胞和正常细胞一样会进行有氧呼吸，然而癌细胞需要更多能量，因而在有氧情况下，会使用
大量葡萄糖进行发酵作用（无氧呼吸），称之为有氧糖解。下列叙述错误的是（ ）
A．有大量癌细胞进行有氧糖解的组织区域内可侦测到高量乳酸
B．消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH 比正常细胞多
C．癌细胞呼吸作用过程中丙酮酸主要在细胞质基质中被利用
D．葡萄糖进入癌细胞后，其中间代谢产物可以形成一些非必需氨基酸
【答案】B
【分析】无氧呼吸分为两个阶段：第一阶段：葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，并释放少量能量；第二阶段
丙酮酸在不同酶的作用下转化成乳酸或酒精和二氧化碳，不释放能量。整个过程都发生在细胞质基质。
【详解】AC、依据题意，癌细胞会使用大量葡萄糖进行发酵作用，所以呼吸作用过程中丙酮酸主要在
1
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细胞质基质中被利用，有大量癌细胞进行有氧糖解的组织区域内可检测到高量乳酸，AC 正确，
B、无氧呼吸产生NADH 较少，消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH 比正常细胞少，B
错误；
D、葡萄糖进入癌细胞后，其中间代谢产物可以形成丙氨酸等一些非必需氨基酸，D 正确。
故选B。
2．Brooks 提出了关于细胞内乳酸穿梭模型，如下图所示。当细胞处于高浓度乳酸环境时，丙酮酸还原为
乳酸的过程受到抑制。下列说法错误的是（ ）
A．图中“？”代表的物质是二氧化碳和NADH
B．剧烈运动时，细胞内NAD+/NADH 的比值升高
C．丙酮酸不都是在细胞质基质内产生
D．乳酸除上述去向外，还可运输到肝脏细胞转化成葡萄糖再被利用
【答案】B
【分析】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】A、图中“？”代表的物质是有氧呼吸第二阶段的产物，为二氧化碳和还原氢，即图中“？”
代表的物质是还原氢和二氧化碳， A 正确；
B、剧烈运动时，机体所需要的能量需要无氧呼吸提供，无氧呼吸的产物是乳酸，当细胞处于高浓度乳
酸环境时，丙酮酸还原为乳酸的过程受到抑制，导致NADH 增加，因此，细胞中NAD+/NADH 的值降
低，B 错误；
C、结合图示可知，丙酮酸可在细胞质基质内产生，还可在线粒体膜间隙中产生，C 正确；
D、乳酸除上述去向外，还可运输到肝脏细胞转化成葡萄糖再被利用，满足机体对能量的需求，D 正确。
故选B。
3．大肠杆菌和酵母菌既可进行有氧呼吸，又可进行无氧呼吸。科研人员拟对野生型大肠杆菌的代谢途径
2
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进行改造，以生产更多的莽草酸（SA），如图为相关代谢过程。下列叙述正确的是（ ）
A．酵母菌内的丙酮酸与[H]结合可同时产生酒精、CO2和乳酸
B．野生型大肠杆菌线粒体内膜上生成的水可通过水通道蛋白进行转运
C．野生型大肠杆菌通过柠檬酸循环产生的能量一部分转移至SA 中
D．提高b 酶和c 酶活性可以使更多的PEP 转化为代谢产物SA
【答案】D
【分析】有氧呼吸的能量变化：有机物中的化学能经氧化分解大部分以热能形式散失，少部分合成
ATP。无氧呼吸能量大部分留在不彻底氧化产物中，少部分在ATP 中。
【详解】A、酵母菌进行无氧呼吸时丙酮酸与[H]结合的产物为酒精和CO2，没有乳酸，A 错误；
B、大肠杆菌为原核生物，无线粒体，B 错误；
C、据图可知，野生型大肠杆菌通过柠檬酸循环产生的能量不会转移至SA 中，C 错误；
D、据图可知，提高b 酶和c 酶活性可以使更多的PEP 转化为代谢产物SA，D 正确。
故选D。
4．有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上进行（如图甲），叠氮化物可抑制电子传递给氧；2，4—二硝基苯
酚（DNP）使H+进入线粒体基质时不经过ATP 合酶。将完整的离体线粒体放在缓冲液中进行实验，在
不同的时间加入丙酮酸、ADP+Pi、叠氮化物、DNP 中的一种，测定消耗的O2 量和合成的ATP 量，结
果如图乙，①②表示生理过程。下列说法正确的是（ ）
3
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A．线粒体基质中的NADH 全部来自丙酮酸的氧化分解
B．物质x 是丙酮酸，①②过程均发生在线粒体内膜上
C．物质y 是叠氮化物，影响水的生成，不影响ATP 的合成
D．物质z 是DNP，使线粒体中氧化释放的能量转移到ATP 的比例减少
【答案】D
【分析】有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，
产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP 的过程。
【详解】A、线粒体基质中的NADH 除了来自丙酮酸的氧化分解，还有葡萄糖分解为丙酮酸的过程所
产生，A 错误；
B、物质x 是丙酮酸，过程①，消耗的O2 量处于较低水平，且相对稳定，属于有氧呼吸第二阶段，发
生于线粒体基质，过程②，消耗的O2 量增加，属于有氧呼吸第三阶段，发生于线粒体内膜，B 错误；
C、物质y 是叠氮化物，叠氮化物可抑制电子传递给氧，影响水的生成，同时也会影响ATP 的合成，因
为有氧呼吸第三阶段产生大量ATP，C 错误；
D、细胞呼吸释放的能量有两个用途，一部分用于合成ATP，另一部分以热能的形式释放，物质z 是
DNP，据图可知，加入该物质后，消耗的O2 量增加，可知细胞呼吸产生的总能量增多，而合成的ATP
量变化减少，即使线粒体中氧化释放的能量转移到ATP 的比例减少，D 正确。
故选D。
4
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5．钩虫贪铜菌能够产生PHA，用于合成生物塑料。在有机物充足的环境中，该菌株可利用环境中多种有
机物进行异养代谢。当有机碳源缺乏时，其可以通过氧化H2 获得能量，用于生成有机物，称为化能自
养，代谢过程如下图，乙酰辅酶A 是有氧呼吸的中间产物。有关说法正确的是（ ）
A．钩虫贪铜菌属于生态系统组成成分中的分解者
B．图中物质X 是C5，钩虫贪铜菌通过卡尔文循环固定CO2合成有机物
C．卡尔文循环中第一个光合还原产物是甘油酸-3-磷酸
D．因呼吸作用过程中消耗乙酰辅酶A，所以可通过阻断呼吸作用来大量提高PHA 产量
【答案】B
【分析】光合作用的过程：①光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体薄膜）：水的光解产生NADPH 与
O2，以及ATP 的形成；②暗反应阶段（场所是叶绿体的基质）：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以及再生成C5。
【详解】A、根据题目信息可知，钩虫贪铜菌既能独立异养代谢，又能化能自养，属于分解者和生产者，
A 错误；
B、分析题图可得：X 由C3 经过卡尔文循环生成，且X 可以与CO2 生成C3，可得X 是C5，钩虫贪铜
菌通过卡尔文循环固定CO2 合成有机物，B 正确；
C、据图可得卡尔文循环中第一个光合还原产物是甘油醛-3-磷酸，C 错误；
D、根据题目信息“乙酰辅酶A 是有氧呼吸的中间产物”并结合题图可知，阻断呼吸作用，细胞没有足
够的能量用于繁殖且乙酰辅酶A 的产量也会下降，从而导致PHA 减产，D 错误。
故选B。
6．生物兴趣小组在密封容器的两侧放置完全相同的植株A、B，A 植株左上角有适宜光源，B 植株无光源，
中间用挡板隔开(挡板既能遮光又能隔绝气体交换)(如图甲)。然后在适宜条件下培养，一段时间后，撤
去挡板继续培养，测定培养过程A 植株的光合速率与呼吸速率，得到曲线LI。不考虑温度、水分等因
素的影响，下列说法错误的是（ ）
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A．a 点对应的时刻为测定的起始时刻
B．ab 段限制光合速率的因素为CO₂ 浓度
C．挡板打开时A 植株光合速率大于呼吸速率
D．c 点时A 植株光合速率大于B 植株
【答案】C
【分析】分析题图：图甲中，密封容器两侧放置相同植株A、B ，A 植株左上角有适宜光源，B 植株无
光源，中间有既能遮光又能隔绝气体交换的挡板，这意味着A 植株可进行光合作用，B 植株在挡板未
撤去时因无光照基本不进行光合作用。 图乙展示的是A 植株的光合速率与呼吸速率随时间变化曲
线。a 点开始有数据记录，a 点之前无相关测定操作。ab 段，A 植株在密封容器中随光合作用进行，容
器内二氧化碳浓度下降 ，之后曲线变化反映着A 植株光合与呼吸速率随条件改变的情况，如挡板打开
后光合速率曲线与呼吸速率曲线的位置关系，能体现两者大小关系。
【详解】A、观察图乙，a 点之前没有对A 植株的光合速率与呼吸速率进行测定相关操作，所以a 点对
应的时刻为测定的起始时刻，A 正确；
B、在ab 段，A 植株处于密封容器且左侧有适宜光源，随着光合作用进行，容器内CO2 浓度逐渐降低，
此时限制光合速率的因素为CO2 浓度，B 正确；
C、挡板打开前，随着容器内CO2 浓度逐渐降低，A 植株光合速率逐渐降低，在撤去挡板（即 b 点）
后，光合速率又逐渐上升，说明挡板打开时 A 植株光合速率等于呼吸速率，C 错误；
D、 挡板打开后，B 植株有光照，但因为距离远，光照强度小于A 植株，所以c 点时A 植株光合速率
大于B 植株，D 正确。
故选C。
7．科研人员对绿色植物光暗转换过程中的适应机制进行研究。测定绿色植物由黑暗到光照的过程中CO2
吸收速率(mol·m-2·s-1)和光反应相对速率(μmol·m-2·s-1)的变化，结果如下图。下列叙述正确的是（
）
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A．黑暗时植株的CO2吸收速率为-0.1μmol·m-2·s-1，与线粒体内膜产生CO2有关
B．由黑暗转变为光照条件后，叶肉细胞中NADPH 和ATP 的量会一直增加
C．光照0~0.5min 光反应相对速率下降，与暗反应激活延迟造成NADPH 和ATP 积累有关
D．光照2min 后，光反应和暗反应速率均稳定，暗反应速率大于光反应速率
【答案】C
【分析】光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜）：水的光解产生NADPH 和氧气，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）：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。光反应为暗反应提供ATP 和NADPH。
【详解】A、黑暗时植株的CO2 吸收速率为-0.1μmol•m-2•s-1，说明植株的呼吸作用速率为
0.1μmol•m-2•s-1，与线粒体基质中产生CO2 有关，A 错误；
BC、光反应为暗反应提供NADPH 和ATP，据图可知，正常情况下0.5min 后暗反应被激活，CO2 吸收
增多，而图中0-0.5min 之间，光反应速率降低，原因是暗反应未被激活，出现该现象的原因是暗反应
激活延迟造成光反应产生的NADPH 和ATP 积累，导致光反应被抑制，故叶肉细胞中NADPH 和ATP
的量不会一直增加，B 错误，C 正确；
D、由图可知，光照2min 后，光反应和暗反应速率均稳定，暗反应速率与光反应速率基本相等，D 错
误。
故选C。
8．Rubisco 是光合作用中催化CO2 固定的酶。研究者以自然界中某Rubisco 为原型（WT），构建单个氨
基酸随机替换的Rubisco 突变体库，其中两种突变体与WT 酶的活性如图所示。相关推测正确的是（
）
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A．光照和CO2充足时Rubisco 活性是影响光合速率的重要因素
B．CO2浓度超过一定值后曲线不再升高是受反应体系中C5量限制
C．Rubisco 突变体库中大多数突变体酶的活性都高于WT 型
D．模仿酶V266G 改造作物中Rubisco 能提高作物光能利用率
【答案】A
【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】A、影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2 的含量，温度等；其内部因素有酶的活性、色
素的数量、五碳化合物的含量等，所以光照和CO2 充足时Rubisco 活性是影响光合速率的重要因素，A
正确；
B、据图分析可知该实验的变量是CO2 浓度与不同的Rubisco 突变体，CO2 浓度超过一定值后曲线不再
升高主要是受反应体系中CO2 固定的酶的酶活性，B 错误；
C、据图分析可知Rubisco 突变体库中V266T 突变体酶的活性高于WT 型，而V266G 突变体酶的活性低
于WT 型，有的高于WT 型，有的低于WT 型，C 错误；
D、据图分析可知Rubisco 突变体库中V266G 突变体酶的活性低于WT 型，所以V266G 改造作物中
Rubisco 会降低作物光能利用率，D 错误。
故选A。
9．光照是影响光合作用的重要环境因子。科研人员通过分析叶绿素荧光参数筛选到一个对高光强敏感的
拟南芥突变体nadk2。nadk2 基因编码一个定位于叶绿体的NAD 磷酸激酶，负责催化NAD 生成
。如图为拟南芥叶肉细胞内的叶绿体中消耗
的部分反应。回答下列问题：
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(1)据图可知，类囊体膜上合成ATP 所需的能量直接来自 ，若类囊体腔中的H+泄露至叶绿体基质，
类囊体膜上ATP 的合成速率将会 （填“升高”“保持不变”或“降低”）。
(2)将高光强敏感的拟南芥突变体nadk2 由适宜光照条件转移到高光强条件时，光反应速率会显著下降，表
现出典型的光抑制现象，造成该现象的原因可能是 。
(3)气孔是由一对保卫细胞围成的小孔，是拟南芥叶片与外界进行气体交换的主要通道。
①高温、干旱会使拟南芥叶片上气孔的开度减小，气孔开度减小对拟南芥的不利影响是 （答一点）。
②保卫细胞的叶绿体能合成淀粉，TOR 激酶能促进淀粉分解，使气孔开度增大。蔗糖也能使拟南芥气孔开
度变大。现有生长状况一致的野生型拟南芥若干和TOR 激酶抑制剂，欲通过实验验证蔗糖是否通过提高
TOR 激酶活性使拟南芥气孔开度增大。实验思路：实验前将野生型拟南芥进行适度干旱或高温处理，随机
均分为3 组，甲组不做处理（对照组），乙组用适量蔗糖处理，丙组用 处理。将各组拟南芥在
条件下培养。一段时间后，观察气孔开度变化。若 ，则证明蔗糖通过提高TOR 激酶活性使气孔开度
增大。
【答案】(1)H+浓度差 降低
(2)nadk2 基因编码一个定位于叶绿体的NAD 磷酸激酶，负责催化NAD 生成 NADP+，由适宜光照条件
转移到高光强条件时，导致NADP+减少，使NADP+合成NADPH 合成较少，从而导致光反应速率显著
下降
(3)孔开度减小导致CO2 不能正常进入叶肉细胞，造成拟南芥光合速率下降 TOR 激酶抑制剂
干旱或高温 气孔开度丙组＜甲组＜乙组
【分析】由图可知，H+通过CF0 和CF1 利用类囊体薄膜两侧的H+浓度差合成了ATP，即类囊体膜上
合成ATP 所需的能量直接来自H+浓度差。
【详解】（1）由图可知，H+通过CF0 和CF1 利用类囊体薄膜两侧的H+浓度差合成了ATP，即类囊体
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膜上合成ATP 所需的能量直接来自H+浓度差。若类囊体腔中的H+泄露至叶绿体基质，将导致H+浓度
差降低，类囊体膜上ATP 的合成速率将会降低。
（2）nadk2 基因编码一个定位于叶绿体的NAD 磷酸激酶，负责催化NAD 生成 NADP+，将高光强敏
感的拟南芥突变体nadk2 由适宜光照条件转移到高光强条件时，导致NADP+减少，使NADP+合成
NADPH 合成较少，从而导致光反应速率显著下降。
（3）①孔开度减小导致CO2 不能正常进入叶肉细胞，造成拟南芥光合速率下降。
TOR
②
激酶能促进淀粉分解，使气孔开度增大。欲通过实验验证蔗糖是否通过提高TOR 激酶活性使拟
南芥气孔开度增大。可在实验前将野生型拟南芥进行适度干旱或高温处理，获得气孔关闭的拟南芥，
随机均分为3 组，甲组不做处理（对照组），乙组用适量蔗糖处理，丙组用TOR 激酶抑制剂处理。将
各组拟南芥在干旱或高温条件下继续培养一段时间，观察气孔开度变化。由于丙组淀粉不能分解，甲
组淀粉正常分解，乙组淀粉加速分解，若气孔开度丙组＜甲组＜乙组，则说明蔗糖可提高TOR 激酶活
性，促进淀粉分解，进而促进气孔打开，证明蔗糖通过提高TOR 激酶活性使气孔开度增大。
10．在未来的太空探索中，建立太空农场是保障长期太空任务中食物供应的关键。科学家选用了一种经过
基因改良的、能适应一定强度宇宙辐射和微重力环境的生菜品种，在模拟太空环境的实验舱中开展了
一系列模拟实验。部分结果如下图。
注：应激蛋白：生菜细胞内存在的一种特殊蛋白质，其含量随宇宙辐射强度变化而变化；Rubisco 酶：是
催化光合作用暗反应中CO2固定的关键酶；色素吸光率是指光合色素对光能的吸收利用效率。
回答下列问题：
(1)色素吸光率的变化主要影响光合作用的 反应，该过程产生的 参与暗反应中C3的还原。
(2)仅据图中因素推测，当宇宙辐射强度由20Gy 升高到30Gy 时，实际光合速率会 （填“加快”或
“减慢”），短时间内叶绿体中ATP 的含量会 （填“上升”或“下降”），ATP 含量变化的原因
是 。
(3)据图推测，应激蛋白可能参与保护生菜细胞内的 （填“光合色素”“Rubisco 酶”或“两者都
有”）免受宇宙辐射损伤。
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(4)呼吸作用是影响生菜正常生长的重要生理过程。研究发现，在低氧环境下（O2浓度为5%），生菜的呼
吸速率下降，此时主要影响了有氧呼吸的第 阶段。
(5)在该实验中，若要以O2为检测物测定生菜在不同宇宙辐射强度时的实际光合速率，需要测量的指标有
。
(6)太空农业实践中，为保证生菜的正常生长，可采取的措施有 （答出2 点）。
【答案】(1)光 NADPH 和ATP
(2)减慢 上升 色素吸光率保持稳定，光反应速率稳定，产生ATP 的速率基本不变；Rubisco 酶
活性下降，暗反应速率减慢，消耗ATP 的速率减慢，ATP 含量上升
(3)光合色素
(4)三
(5)光照条件下单位时间内O2 的释放量、黑暗条件下单位时间内O2 的吸收量
(6)降低宇宙辐射强度、提供适宜的O2 浓度、优化生菜品种（基因改良）等
【分析】光合作用过程包括光反应阶段和暗反应阶段，光反应的场所是叶绿体类囊体膜，暗反应的场
所是叶绿体基质。光反应阶段的物质变化：①水在光下分解，产生NADPH 和氧气，②合成ATP；暗反
应阶段的物质变化：①二氧化碳的固定：二氧化碳和C5 结合形成C3，②C3 的还原：在光反应阶段产
生的NADPH 和ATP 的参与下，C3 还原形成糖类等有机物和再生成C5。
【详解】（1）色素吸光率的变化主要影响光合作用的光反应，因为光合色素分布在类囊体薄膜上，主
要吸收光能用于光反应。光反应过程产生的NADPH 和ATP 参与暗反应中C3的还原。
（2）据图可知，当宇宙辐射强度由20Gy 升高到30Gy 时，色素吸光率保持稳定，光反应速率保持稳定，
Rubisco 酶活性下降，暗反应速率减慢，导致实际光合速率减慢。色素吸光率保持稳定，光反应速率稳
定，产生ATP 的速率基本不变；Rubisco 酶活性下降，暗反应速率减慢，消耗ATP 的速率减慢，ATP 含
量上升。
（3）从图中可以看到，随着宇宙辐射强度增加，应激蛋白含量增加，色素吸光率在一定程度上保持相
对稳定，推测应激蛋白可能参与保护生菜细胞内的色素吸光率免受宇宙辐射损伤。
（4）有氧呼吸的第三阶段需要氧气参与，在低氧环境下（O2浓度为5%），生菜的呼吸速率下降，此
时主要影响了有氧呼吸的第三阶段。
（5）实际光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率，以O2为检测物，要测定生菜在不同宇宙辐射强度时
的实际光合速率，需要测量的指标有光照条件下单位时间内O2的释放量（净光合速率）和黑暗条件下
单位时间内O2的吸收量（呼吸速率）。
（6）太空农业实践中，为保证生菜的正常生长，可采取的措施有：控制宇宙辐射强度在较低水平、人
工补充光照以弥补光反应的不足、提供适宜的O2 浓度、优化生菜品种（基因改良）、调节舱内氧气和
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二氧化碳的比例等 。
11．光系统复合物由蛋白质和光合色素组成，共同完成光能的转化作用，D1 蛋白是其中的关键蛋白。当光
照强度超过光系统复合物利用限度时会导致光合强度下降，即发生光抑制现象。下图为某高等植物叶
绿体中光合作用过程及光抑制发生机理图，回答下列问题：
(1)光系统复合物位于 上，它受损的结果首先影响光合作用的 阶段。据图推测，psbA 基
因的遗传 （填“遵循”或“不遵循”）孟德尔的遗传定律。
(2)一般情况下植物正常进行光合作用时，若气孔增大，其他条件均未发生变化，C5的生成速率将 ，
原因是 。
(3)当光抑制现象初始发生时，NADP+浓度会暂时 。从生物工程角度分析，写出一个缓解光抑制现
象的思路 。
【答案】(1)叶绿体类囊体薄膜 光反应 不遵循
(2)加快 气孔增大，为暗反应提供较多的CO2，暗反应速率加快，C3 和C5 的生成速率均将加快
（为暗反应提供较多CO2/CO2 浓度增多，暗反应速率加快/C3 的还原速率加快/C3 的还原加快
(3)增加 通过基因工程手段导入能分解超氧阴离子自由基O2-的酶的基因；通过蛋白质工程改造D1
蛋白增强其稳定性，减少被超氧阴离子自由基O2-破坏（通过基因工程手段/导入psbA 基因/提升psbA
基因表达量/通过蛋白质工程改造等增加D1 蛋白的量或提升D1 蛋白的稳定性：通过基因工程手段/通过
蛋白质工程改造/抑制超氧阴离子、自由基、O2-的生成/增加其他反应路径消耗超氧阴离子、自由基、
O2-等手段减少超氧阴离子、自由基、O2-通过基因工程手段/通过蛋白质工程改造等避免超氧阴离子自
由基O2-对psbA 基因表达的抑制
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【分析】影响光合作用的主要环境因素：
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）光系统复合物是由光合色素和蛋白质组成的复合物，主要完成光合作用的光反应，位于
叶绿体的类囊体薄膜上，它受损的结果首先影响光合作用的光反应阶段。psbA 基因位于叶绿体中，而
叶绿体中的基因属于细胞质基因，细胞质基因的遗传不遵循孟德尔遗传定律，其遗传过程中表现出的
特点有：后代不出现一定的分离比、母系遗传。
（2）CO2 是暗反应的原料，可参与CO2 的固定过程，消耗C5 生成C3，气孔导度增大使进入细胞的
CO2 增多，CO2 固定加快，消耗C5 量多，生成的C3 增多。该过程中C5 的生成速率也将加快。
（3）当光照强度超过光系统复合物利用限度时会导致光合强度下降，即发生光抑制现象，当光抑制现
象初始发生时，首先抑制影响到光反应，NADP+浓度会暂时增加。若要缓解光抑制现象，可以通过基
因工程手段导入能分解超氧阴离子自由基O2-的酶的基因；通过蛋白质工程改造D1 蛋白增强其稳定性，
减少被超氧阴离子自由基O2-破坏（通过基因工程手段/导入psbA 基因/提升psbA 基因表达量/通过蛋白
质工程改造等增加D1 蛋白的量或提升D1 蛋白的稳定性：通过基因工程手段/通过蛋白质工程改造/抑制
超氧阴离子、自由基、O2-的生成/增加其他反应路径消耗超氧阴离子、自由基、O2-等手段减少超氧阴
离子、自由基、O2-通过基因工程手段/通过蛋白质工程改造等避免超氧阴离子自由基O2-对psbA 基因
表达的抑制。
题型2 酶活性调节与能量代谢
1．工业化生产果汁需用到果胶酶，果胶酶是一种复合酶，其中包含多聚半乳糖醛酸酶（PG），PG 能催化
果胶分解产生半乳糖醛酸。为探究
、
和55℃对PG 活性的影响，科研人员进行了相关实验，
结果如表所示（注：“+”表示有，“+”越多表示量越多，“-”表示无，第1、2、3 组在25℃条件下
实验）。下列叙述正确的是（ ）
果胶
PG
55
℃
半乳糖醛酸
13
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第1 组
+
+
-
-
-
+
第2 组
+
+
+
-
-
-
第3 组
+
+
-
+
+++
第4 组
+
+
-
+
++
A．
能提高PG 的活性，而
能抑制PG 的活性
B．该实验结果能证明多聚半乳糖醛酸酶具有高效性
C．55℃不一定是PG 的最适温度，却是保存酶的最适温度
D．第2、3、4 组中，任意2 组均不能构成对照实验
【答案】D
【分析】1、酶是由活细胞产生的具有催化活性的有机物，其中大部分是蛋白质、少量是RNA。
2、酶的特性：①高效性：酶的催化效率大约是无机催化剂的107～1013 倍。②专一性：每一种酶只能
催化一种或者一类化学反应。③酶的作用条件较温和：在最适宜的温度和pH 条件下，酶的活性最高；
温度和pH 偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。
【详解】A、比较第1、2 组可知Ca2+能抑制PG 的活性，比较第1、3 组可知Mn2+能提高PG 的活性，
A 错误；
B、该实验还需要设置一组用无机催化剂催化果胶分解的对照组，才能证明多聚半乳糖醛酸酶具有高效
性，B 错误；
C、酶应在低温下保存，C 错误；
D、第2、3、4 组中，任意2 组都有两个自变量，不遵循单一变量原则，故不能构成对照实验，D 正确。
故选D。
2．酶促反应的终产物浓度过高时会与酶结合，从而抑制反应的进行。细胞内异亮氨酸的合成和调节过程
如图所示，下列叙述正确的是（ ）
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A．异亮氨酸与苏氨酸脱氢酶结合形成酶一底物复合物
B．该过程中存在负反馈调节，有利于维持苏氨酸含量的相对稳定
C．增大细胞内苏氨酸的浓度可解除反馈抑制
D．对相关基因诱变处理使②结构改变，可解除异亮氨酸对反应的抑制
【答案】D
【分析】题图分析：当异亮氨酸浓度达到过高时，会与苏氨酸脱氢酶结合，从而抑制酶促反应的进行，
使异亮氨酸浓度不至于太高，此过程为反馈调节，有助于维持异亮氨酸含量的相对稳定。
【详解】A、据图可知，①是酶与底物结合的位点，异亮氨酸是终产物，结合在苏氨酸脱氢酶的②部位，
故异亮氨酸与苏氨酸脱氢酶结合形成的不是酶-底物复合物，A 错误；
B、依据题干信息，“酶促反应的终产物浓度过高时会与酶结合，从而抑制反应的进行”，依据图示信
息，异亮氨酸与苏氨酸脱氢酶结合，说明终产物异亮氨酸浓度过高，抑制了反应的进行，其目的是维
持异亮氨酸含量的相对稳定，而不是苏氨酸含量，B 错误；
C、据图，当异亮氨酸浓度过高时，会与苏氨酸脱氢酶结合，从而使得苏氨酸不能与苏氨酸脱氢酶结合，
则苏氨酸也不能转化为异亮氨酸，即使苏氨酸浓度增大，苏氨酸也不能与苏氨酸脱氢酶结合，所以增
加细胞内苏氨酸的浓度也不能解除异亮氨酸对苏氨酸脱氢酶的抑制（反馈抑制），C 错误；
D、②是异亮氨酸与苏氨酸脱氢酶的结合位点，结构决定功能，若对相关基因诱变处理使②结构改变，
则就会导致异亮氨酸不能与苏氨酸脱氢酶结合，从而解除抑制，D 正确。
故选D。
3．凝血酶是一种蛋白水解酶，催化纤维蛋白原转化为纤维蛋白。在正常情况下血液中不存在凝血酶，凝
血过程中凝血酶原与凝血因子结合后，转变为有活性的凝血酶，而凝血酶的产生又能加速凝血酶原与
凝血因子的结合。下列说法错误的是（ ）
A．凝血酶作用的适宜pH 可能在7.35～7.45，适宜温度可能在37℃左右
B．凝血酶原与凝血因子结合转变为有活性的凝血酶的过程发生在血细胞中
C．血栓的形成可能与血液中凝血酶异常有关
D．凝血过程中凝血酶的形成过程存在正反馈调节
【答案】B
【分析】由细胞外液构成的液体环境叫作内环境，包括血浆、组织液和淋巴。内环境的成分包括水、
蛋白质、无机盐、各种营养物质（如葡萄糖）、激素、各种代谢废物等。分析题意可知，凝血酶一般
不存在于血液中，在凝血过程中凝血酶原与凝血因子结合后才能转变为凝血酶。凝血酶的产生加速凝
血酶原与凝血因子的结合，进一步促进凝血酶的产生，这属于正反馈调节；凝血酶浓度过高，可能会
造成异常凝血而形成血栓；血样保存时，凝血酶的产生会导致血液凝固，因此抑制凝血酶原转化为凝
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血酶有利于防止血液凝固。
【详解】A、凝血酶原存在于血液中，与凝血因子结合后形成凝血酶，所以凝血酶的形成在内环境中，
因此适宜PH 和温度应该就是内环境PH 和温度，A 正确；
B、凝血酶原存在于血液中，与凝血因子结合后形成凝血酶，该反应发生在血浆中，B 错误；
C、正常情况下血液中不存在凝血酶，凝血过程中凝血酶原与凝血因子结合后，转变为有活性的凝血酶。
所以血液中若凝血酶异常就可能造成异常凝血而形成血栓，C 正确；
D、凝血过程中凝血酶原与凝血因子结合后，转变为有活性的凝血酶，而凝血酶的产生又能加速凝血酶
原与凝血因子的结合，即为正反馈，D 正确。
故选B。
4．酶P 是一种天然的多糖降解酶，由四条肽链以Ce5-Ay3-Bi-CB 方式连接而成，该酶能够降解褐藻酸类底
物和纤维素类底物。实验人员进行了相关实验，结果如表所示。酶P 降解褐藻酸类底物时发挥催化活
性的肽链是（ ）
多肽链
酶活性
褐藻酸类底物
纤维素类底物
Ce5-Ay3-Bi-CB
+
+
Ce5-Bi-CB
-
+
Ay3-Bi-CB
+
-
Ce5-Ay3-CB
+
+
Ce5-Ay3-Bi
+
+
注：“+”表示有活性，“-”表示无活性。
A．Ce5
B．Ay3
C．Bi
D．CB
【答案】B
【分析】酶的特性为高效性、专一性、作用条件温和，作用机理为降低化学反应活化能。
【详解】根据题意可知，由Ce5-Bi-CB 构成的酶催化褐藻酸类底物时没活性，由 Ay3-Bi-CB 构成的酶
催化纤维素类底物时没活性，说明酶P 降解褐藻酸类底物时发挥催化活性的肽链是 Ay3，降解纤维素
类底物时发挥催化活性的肽链是Ce5，ACD 错误，B 正确。
故选B。
5．细胞色素C 氧化酶（CytC）是细胞呼吸中电子传递链末端的蛋白复合物。相对缺氧时，随着膜的通透
性增加，外源性CytC 可进入线粒体内，参与NADH 和氧气的结合，从而增加ATP 的合成，提高氧气
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利用率。下列推测不合理的是（ ）
A．CytC 可能会降低NADH 和氧气结合所需的活化能
B．CytC 可能是在细胞中的线粒体内膜上发挥作用
C．CytC 进入线粒体对相对缺氧肌细胞产生乳酸无抑制作用
D．外源性CytC 可用于人体组织细胞缺氧的急救和辅助治疗
【答案】C
【分析】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[H]，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和
[H]，合成少量ATP；第三阶段是氧气和[H]反应生成水，合成大量ATP。
【详解】A、CytC 参与NADH 和氧气的结合，且能增加ATP 的合成、提高氧气利用率，从酶的作用原
理来看，酶能降低化学反应所需的活化能，所以CytC 可能会降低NADH 和氧气结合所需的活化能，A
正确；
B、分析题意可知，Cytc 是细胞呼吸中电子传递链末端的蛋白复合物，是有氧呼吸第三阶段的物质，场
所是线粒体内膜，所以CytC 可能是在细胞中的线粒体内膜上发挥作用，B 正确；
C、缺氧时，外源性CytC 进入线粒体内，参与［H］和氧气的结合，从而增加ATP 的合成，即促进了
有氧呼吸第三阶段的进行，促进丙酮酸的利用抑制乳酸的产生，C 错误；
D、由于外源性CytC 可进入线粒体，参与NADH 和氧气的结合，增加ATP 的合成，提高氧气利用率，
所以可用于人体组织细胞缺氧的急救和辅助治疗，D 正确。
故选C。
6．从小尾寒羊提取肌联蛋白，研究肌联蛋白的磷酸化和钙离子浓度是否影响肌联蛋白的降解。肌联蛋白
T1 是未降解的蛋白，小于该分子量的蛋白条带是降解后的蛋白，实验结果如图。已知蛋白激酶A 促进
肌联蛋白发生磷酸化，碱性磷酸酶可以促进磷酸化的肌联蛋白发生去磷酸。实验结果说明：钙离子会
促进肌联蛋白的降解，相同钙离子浓度下，去磷酸化促进肌联蛋白的降解。与A 图比较，B 图只做了
一个改变。B 组实验提高了（ ）
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A．反应体系的反应温度
B．肌联蛋白的浓度
C．反应体系钙离子浓度
D．碱性磷酸酶浓度
【答案】C
【分析】分析题意可知以下信息：
1、蛋白激酶A 促进肌联蛋白发生磷酸化，碱性磷酸酶可以促进磷酸化的肌联蛋白发生去磷酸。
2、钙离子会促进肌联蛋白的降解，相同钙离子浓度下，去磷酸化促进肌联蛋白的降解。
3、与A 组相比，B 组肌联蛋白的碱性磷酸酶组蛋白条带增多，说明肌联蛋白T1 被降解。
【详解】A、如果提高反应体系的反应温度，由于没有更多信息（不知道最适温度），故不知道酶活性
增强还是减弱，故不一定出现该实验结果，A 不符合题意；
B、如果增加肌联蛋白的浓度，各组的条带比例不变，B 不符合题意；
C、如果增加反应体系钙离子浓度，钙离子会促进肌联蛋白的降解，C 符合题意；
D、增大碱性磷酸酶浓度，只能改变反应速率，不会改变反应平衡点，故各组的条带比例不变，D 不符
合题意。
故选C。
题型3 微生物发酵技术
1．味精学名谷氨酸钠，是人们日常生活中常用的调味品。获取谷氨酸是味精生产过程中不可缺少的关键
环节，谷氨酸是谷氨酸棒状杆菌有氧发酵的产物，发酵过程所用培养基中有豆饼水解液、玉米浆等。
下列说法正确的是（ ）
A．玉米浆中的淀粉和豆饼中的蛋白质均可为谷氨酸棒状杆菌提供氮源
B．通过辐射诱变处理可定向获得谷氨酸高产菌种，提高谷氨酸的产量
C．发酵过程中，需控制发酵罐的pH 值在酸性环境，并通入无菌空气
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D．发酵结束后，采用适当的提取、分离和纯化措施后，可获得谷氨酸
【答案】D
【分析】发酵指人们借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身、或者直接代
谢产物或次级代谢产物的过程。通常所说的发酵，多是指生物体对于有机物的某种分解过程。发酵是
人类较早接触的一种生物化学反应，如今在食品工业、生物和化学工业中均有广泛应用。其也是生物
工程的基本过程，即发酵工程。
【详解】A、玉米浆中的淀粉的淀粉不含氮元素，不能为谷氨酸棒状杆菌提供氮源，A 错误；
B、辐射诱变处理引起的变异是不定向的，通过辐射诱变处理不一定能获得谷氨酸高产菌种，B 错误；
C、谷氨酸发酵过程中，需控制发酵罐的pH 值在中性或弱碱性环境，并通入无菌空气，如果在酸性环
境下，容易形成谷氨酰胺和N—乙酰谷氨酰胺，C 错误；
D、由于发酵产品是代谢产物，因此发酵结束后，可以采用适当的提取、分离和纯化措施后，可获得谷
氨酸，D 正确。
故选D。
2．陈醋中的川芎嗪是治疗血栓等疾病的新型药物，能活血化瘀并对已聚集的血小板有解离作用。研究人
员为提高陈醋药用价值，分别探究了传统、机械生产工艺对川芎嗪含量的影响，结果如下。下列叙述
错误的是（ ）
生产工艺
川芎嗪含量/（mg·L-1）
发酵后熏醅前
发酵后进行传统熏醅
（80—90℃4—5d）
发酵后进行机械熏醅
（110—120℃12—24h）
传统醋酸发
酵
0.38
3.15
11.18
机械醋酸发
酵
1.33
4.73
17.63
A．陈醋发酵过程中需要提供碳源、氮源并通入空气
B．传统熏醅时提高熏醅的温度可以提高川芎嗪的产量
C．受皮外伤的患者在伤口愈合期间建议减少对陈醋的食用
D．选用机械醋酸发酵和机械熏醅方式酿造的食醋药用价值更高
【答案】B
【分析】参与果醋制作的微生物是醋酸菌，其新陈代谢类型是异养需氧型。当氧气、糖源都充足时，
醋酸菌将糖直接分解成醋酸；当氧气充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸。
【详解】A、陈醋发酵利用的是醋酸菌，其代谢类型是异养需氧型，故发酵过程中需要提供碳源、氮源
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并通入空气，A 正确；
B、由表中可知机械熏醅（110-120℃，12-24h）下产生的川芎嗪比传统熏醅（80-90℃，4-5d）下产生
的多，不只有提高温度这一个条件，还有时间不同，B 错误；
C、伤口愈合需要血小板参与，而陈醋中的川芎嗪对已聚集的血小板有解离作用，故受皮外伤的患者在
伤口愈合期间建议减少对陈醋的食用，C 正确；
D、选用机械醋酸发酵比机械熏醅方式酿造的食醋中有更多的川芎嗪，D 正确。
故选B。
3．研究人员利用脲酶基因构建基因工程菌L，在不同条件下分批发酵生产脲酶，结果如图所示。下列说法
错误的是（ ）
A．脲酶能将尿素分解成NH3和CO2，使得菌落周围的pH 下降
B．酶活性是酶催化特定化学反应的能力，可用某一化学反应的速率表示
C．推测培养pH 是决定工程菌L 高脲酶活力的关键因素
D．推测培养时间是通过细胞增殖导致酶数量增加，使脲酶活力测量值增加
【答案】A
【分析】分解尿素的细菌的鉴定：细菌合成的脲酶将尿素分解成氨，氨会使培养基的碱性增强，在以
尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂培养细菌，若指示剂变红，可确定该种细菌能够分解尿素。
【详解】A、根据题目信息可知，基因工程菌L 可生产脲酶，其分解尿素产生的NH3 使培养基的碱性
增强，pH 升高，A 错误；
B、酶活性是酶催化特定化学反应的能力，可用单位时间底物的消耗量或产物的生成量表示，即可用某
一化学反应的速率表示，B 正确；
C、分析题左图可得，培养pH 为6.5 时，脲酶活力较低，随培养pH 降低，脲酶活力升高，由此可推测
培养pH 是决定工程菌L 高脲酶活力的关键因素，C 正确；
D、分析题右图可得，培养pH 为6.5 保持不变时，随培养时间延长，脲酶活力升高，可推测培养时间
是通过细胞增殖导致酶数量增加，使脲酶活力测量值增加，D 正确。
故选A。
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题型4 农业增产
1．农业生产中的一些措施可以影响生物的生理活动，促进作物生长，实现增产。下列措施不能达到目的
的是（ ）
A．和不覆膜相比，用红色薄膜覆盖塑料大棚可增加红光透入，增加输入农田生态系统的能量
B．夏季高温时使用喷淋降温，可减弱植物因气孔关闭导致的光合作用强度下降
C．松土能促进土壤微生物的分解作用，加速分解农家肥中的有机物，为植物提供无机养料
D．利用一定浓度的生长素类调节剂可在除去部分麦田杂草的同时促进农作物生长
【答案】A
【分析】植物生长调节剂，是人工合成的，对植物的生长、发育具有调节作用的化学物质，具有与植
物激素相似的化学性质。
【详解】A、不覆膜时，太阳光各种波长的光都能进入大棚；而用红色薄膜覆盖塑料大棚，只允许红光
透入，相比不覆膜，进入大棚的光的种类减少，输入农田生态系统的总能量是减少的（因为其他波长
的光不能进入被利用），而不是增加，A 错误；
B、夏季高温时，植物为了减少水分散失会关闭气孔，气孔关闭会使二氧化碳进入叶片减少，从而导
致光合作用的暗反应受到影响，光合作用强度下降。 使用喷淋降温，可以降低叶片表面温度，减少水
分散失，使气孔不至于因高温过度关闭，保证二氧化碳能较正常地进入叶片，进而减弱因气孔关闭导
致的光合作用强度下降，B 正确；
C、松土可以增加土壤中氧气的含量。 土壤中的微生物大多是好氧型微生物，氧气含量增加能促进土
壤微生物的分解作用，加速分解农家肥中的有机物，将其分解为无机物，从而为植物提供无机养料，C
正确；
D、不同植物对生长素类调节剂的敏感度不同，一般杂草对生长素类调节剂比较敏感，农作物相对不
敏感。 利用一定浓度的生长素类调节剂，对于杂草来说，高浓度的生长素类调节剂会抑制其生长甚至
杀死杂草；而对于农作物，在适宜浓度下可以促进其生长。所以该措施能达到除去部分麦田杂草同时
促进农作物生长的目的，D 正确。
故选A。
2．小麦是我国重要的粮食作物之一，开展小麦高产攻关是促进粮食高产优产、筑牢粮食安全根基的关键
举措。为获得优质的小麦品种，科学家开展了多项研究。回答下列问题。
(1)小麦在光反应阶段，光能被叶绿体 （填场所名称）上的色素吸收后会将H2O 分解为 等物
质。科研人员将小麦置于透明且密闭的容器内，用H2
18O 水浇灌，并给予适宜强度的光照，结果在光合作
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用产生的有机物中检测到了
18O，请写出该过程中氧元素的转移途径和参与的生理过程： （用化合
物和箭头表示，在箭头上写出生理过程）
(2)为研究小麦对弱光和强光的适应性，科研人员对小麦叶片照光1h 后，通过观察发现呈椭球体的叶绿体
在不同光照条件下会改变方向：在弱光下，叶绿体以其椭球体的正面朝向光源，在强光下，叶绿体以其椭
球体的侧面朝向光源，生理意义是 。
(3)在强光条件下，叶肉细胞气孔关闭使CO2吸收受阻，此时过高的O2会在R 酶的作用下氧化C5，生成
CO2，被称为光呼吸，光呼吸与光合作用相伴发生，其过程如图所示：
①据图分析，请写出光呼吸和有氧呼吸的相同点 。
②已知R 酶具有双重催化功能，既可催化CO2与C5结合，生成C3；又能催化O2与C5结合，生成C3和乙醇
酸（C2）。实际生产中，可以通过适当升高CO2浓度达到增产的目的，请从光合作用原理和R 酶的作用特
点两个方面解释其原理： 。
【答案】(1)类囊体薄膜（基粒） O2、H+和e+
(2)这使得叶绿体在弱光下能接受较多的光照，在强光下能避免叶绿体被灼伤
(3)相同点：都是利用O2，分解有机物，释放CO2 二氧化碳是光合作用暗反应过程的原料，CO2
浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度：同时还可促进R 酶催化更多的C5 与
CO2 结合，减少C5 与O2 的结合，从而降低光呼吸
【分析】光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，光反应阶段必须有光才能进行，这个阶段是在类
囊体的薄膜上进行的，叶绿体中光合色素吸收的光能有两方面用途：一是将水分解为氧和H+，氧直接
以氧分子的形式释放出去，H+与NADP+结合生成NADPH，NADPH 作为活泼还原剂，参与暗反应阶
段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使
ADP 与Pi 反应形成ATP，这样光能转化为储存在ATP 中的化学能。暗反应阶段有光无光都能进行，这
一阶段是在叶绿体的基质中进行的，CO2 被固定，经过一系列反应后生成糖类。
【详解】（1）光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上，小麦在光反应阶段，光能被叶绿体类囊体薄膜（基
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粒）上的色素吸收。该阶段光合色素吸收的光能会将水分解为O2、H+和e+等物质。H218O 水浇灌小
麦，其参与有氧呼吸第二阶段产生C18O2，C18O2 参与暗反应即可生成含18O 的有机物，其转移途径
如下：H218O
C18O2
（CH218O）。
（2）在弱光下，叶绿体以其椭球体的正面朝向光源，在强光下，叶绿体以其椭球体的侧面朝向光源，
保证叶绿体在弱光下能接受较多的光照，在强光下能避免叶绿体被灼伤，从而保证光合作用的正常进
行。
（3）①结合有氧呼吸的过程，由图可知，光呼吸和有氧呼吸都是利用O2，分解有机物，释放CO2。
②二氧化碳是光合作用暗反应过程的原料，CO2 浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光
合作用强度；同时还可促进R 酶催化更多的C5 与CO2 结合，减少C5 与O2 的结合，从而降低光呼吸，
故生产实际中，可以通过适当升高CO2 浓度达到增产的目的。
3．光是光合作用的必要条件。科研人员尝试揭示植物感知光照强度变化调整能量代谢的机理，以期合理
控制光照，提高作物产量。请回答下列问题：
(1)在一定范围内，随着光照强度的增加，类囊体薄膜上的 捕获光能增多，将 分解为O2和
H⁺。经过这一阶段的反应后将光能储存在 中。但当光照过强时，会诱发植物的非光化学淬灭机制
（NPQ），耗散过剩的光能，以保护叶绿体结构。
(2)类囊体薄膜上有蛋白K，科研人员构建了拟南芥K 基因缺失突变体（甲）、K 基因过表达突变体（乙）。
利用 技术检测野生型拟南芥（WT）及甲、乙中K 基因的表达情况，结果如图1。同时检测从强光转
为弱光过程中的NPQ，图2 结果表明：K 蛋白的功能是在强光转为弱光时， 。
(3)类囊体薄膜上的蛋白K 可跨膜运输H+。科研人员改变 WT 所处环境的光照强度，检测叶绿体基质 pH
和K 蛋白活性的变化，结果如图3。
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①据此推测，有活性的 K 蛋白跨膜转运 H⁺的方向是 。
②当光照强度由强转弱时，K 蛋白活性先上升后迅速恢复正常。请分析该变化对其适应性的意义是 。
(4)在强光照射下，由光激发的高能电子传递给 O2后会形成超氧阴离子
。
性质活泼，是一种自由基，
会攻击 （答出两种）分子，使类囊体薄膜等生物膜受损，从而导致光合速率降低。光呼吸可以消耗
高能电子， （填“抑制”或“促进”）超氧阴离子自由基的形成，从而 （填“破坏”或“保
护”）叶绿体结构。
【答案】(1)光合色素 水 ATP 和NADPH
(2)抗原—抗体杂交 使拟南芥NPQ 快速降低
(3)由类囊体腔运输到叶绿体基质 ②K 蛋白活性先增强，会使NPQ 快速减弱，会减少光能耗散；
K 蛋白活性先增强，会使NPQ 快速减弱，会减少光能耗散；光照过强时，会诱发植物的非光化学淬灭
机制（NPQ），耗散过剩的光能，而K 蛋白可以灵敏调整NPQ，实现能量利用最大化。
(4)磷脂和蛋白质分子 抑制 保护
【分析】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。
【详解】（1）类囊体膜上含量最多的色素是叶绿素a，捕获光能最多，主要吸收红光和蓝紫光。光合
色素吸收的光能可用于水的光解，会将水分解为O2 和H+。经过这一阶段的反应后将光能储存在ATP
和NADPH 中。
（2）检测目的基因表达情况，是否翻译成蛋白质，可通过抗原抗体杂交技术来检测。根据图
−
2 曲线
变化可知K 蛋白的功能是在强光转为弱光时，使拟南芥NPQ 快速降低。
（3）①根据图3 分析可知由强光转为弱光时，叶绿体基质pH 值变化是下降，所以可推测活性的K 蛋
白跨膜转运H+的方向是由类囊体腔运输到叶绿体基质。②K 蛋白活性先增强，会使NPQ 快速减弱，
会减少光能耗散；K 蛋白活性先增强，会使NPQ 快速减弱，会减少光能耗散；光照过强时，会诱发植
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物的非光化学淬灭机制（NPQ），耗散过剩的光能，而K 蛋白可以灵敏调整NPQ，实现能量利用最大
化。
（4）自由基是异常活泼的带电分子或基团，会攻击磷脂和蛋白质分子，从而造成生物膜的损伤。光呼
吸可以消耗高能电子，抑制超氧阴离子自由基的形成，从而保护叶绿体结构。
4．玉米（如图2）是雌雄同株、异花授粉的植物。一片实验田中种植着多行玉米，某研究小组通过隔行去
雄、去顶叶促进增产，实验分组和产量数据如图3（不同字母a、b、c 表示存在差异显著）。
(1)此项研究中，对玉米去雄的目的是___________。
A．避免玉米发生自交
B．确保玉米进行异花授粉
C．增加叶片光合产物向雄穗的运输
D．增加叶片光合产物向雌穗的运输
(2)对于图3 所示的实验结果，分析正确的是___________
A．去雄后，玉米产量的上升是异花授粉所形成的杂种优势的体现
B．第Ⅰ顶叶的光合产物可能主要供给雄穗，而对雌穗贡献不大
C．适量去除顶叶，能改善雌穗周边叶片的光照，从而提高产量
D．去除顶叶过多，会降低光合面积，减少光合产物积累，造成产量下降
【答案】(1)
A、杂交工作中，隔行去雄不能防止自交，A 错误;
B、玉米是雌雄同株异花的植物，自然情况下就是异花授粉，B 错误;
CD、去雄后产量增加，故可推测去雄后能增加叶片光合产物向雌穗的运输，C 错误，D 正确。
故选D。
(2)
A、杂种优势应体现在下一代，A 错误;
B、从柱形图可知，去掉第一顶叶后D1、D2 组产量相差不大，说明第1 顶叶的光合产物可能主要供给
雄穗，而对雌穗贡献不大，B 正确;
C、适量去除顶叶，能改善雌穗周边叶片的光照，从而提高产量，C 正确;
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D、去除顶叶过多，会降低光合面积，减少光合产物积累，造成产量下降，D 正确。
故选BCD。
5．甘薯是我国重要的粮食作物，干旱胁迫会导致其产量下降。某科研小组以甘薯幼苗为实验材料，设计
正常供水、干旱、干旱+植物生长调节剂6-BA 三组实验，探究了干旱胁迫下喷施6-BA 对甘薯光合作用
的影响，结果如下表所示。回答下列问题：
处理
叶绿素荧光参数
气孔导度/（mmol·m-2·s-1）
净光合速率/（mmol·m-2·s-1）
Fv/Fm
PI
正常供水
0.72
2.37
499.2
21.67
干旱
0.53
1.23
296.84
14.18
干旱+6-BA
0.72
2.64
384.75
18.43
注：叶绿素荧光参数中，Fv/Fm 和PI 均反映光能利用效率，数值越高，代表光能利用效率越高。
(1)与光合作用有关的色素分布在叶肉细胞的 （填具体部位）上，在光反应阶段将光能转化成化学
能储存在 中。可利用 试剂对绿叶中的色素进行提取，分离色素时位于滤纸条最上端的色素
主要吸收 光。
(2)干旱胁迫时，推测气孔导度会 （填“增大”或“缩小”），进而直接影响光合作用的 反
应阶段来影响光合作用。据表分析，干旱条件下施用6-BA 可使甘薯净光合速率上升的原因有 （答
出两点）。
(3)研究发现，喷施6-BA 能提高植物体内IAA 的含量，科研人员由此推测：在干旱条件下，6-BA 通过提高
IAA 的含量进而提高净光合速率，并设计了以下实验验证上述推测。
实验组一：干旱处理甘薯幼苗，检测植物内IAA 含量（m1）和净光合速率（n1）。
实验组二：干旱处理甘薯幼苗，叶面喷施6-BA，检测植物体内IAA 含量（m2）和净光合速率（n2）。
请以干旱处理的甘薯幼苗为实验材料，依次利用6-BA、IAA 合成抑制剂和IAA 类似物，参照实验组一和
实验组二的书写格式，完善实验方案中的实验组三、四并预期实验结果。
实验方案： ；
预期实验结果： 。
【答案】(1)（叶绿体）类囊体薄膜 ATP、NADPH 无水乙醇 蓝紫
(2)缩小 暗/碳 施用6-BA，一方面提高光合作用的光能利用效率，使光反应加快；另一方面，
增大气孔导度，使暗反应固定的CO2 量增加，净光合速率加快
(3)实验方案：实验组三：干旱处理甘薯幼苗，叶面喷施6-BA 和IAA 合成抑制剂，检测植物净光合速
率（n3）；实验组四：干旱处理甘薯幼苗，叶面喷施IAA 类似物，检测植物净光合速率（n4） 预
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期实验结果：植物内IAA 含量m1＜m2；净光合速率n1=n3＜n2=n4
【分析】光合作用：
（1）光反应阶段：水光解产生[H]和氧气，ADP 和Pi 结合形成ATP。
（2）暗反应阶段：二氧化碳和五碳化合物结合形成三碳化合物，三碳化合物在ATP 和[H]的作用下，
还原成五碳化合物，同时ATP 水解成ADP 和Pi。
【详解】（1）与光合作用有关的色素分布在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上，在光反应阶段将光能转
化成化学能储存在ATP、NADPH 中。可利用无水乙醇提取绿叶中的色素，分离色素时位于滤纸条最上
端的色素为胡萝卜素，其主要吸收蓝紫光。
（2）依据表格信息可知，干旱胁迫时，推测气孔导度会缩小，气孔导度的大小主要影响光合作用的暗
反应阶段CO2 被利用。根据表格中数据可知，干旱条件下施用6-BA 可使甘薯净光合速率上升的原因
是一方面提高光合作用的光能利用效率，使光反应加快；另一方面，增大气孔导度，使暗反应固定的
CO2 量增加，净光合速率加快。
（3）参照实验组一和实验组二的书写格式，则实验组三为干旱处理甘薯幼苗，叶面喷施6-BA 和IAA
合成抑制剂，检测植物净光合速率（n3），实验组四为干旱处理甘薯幼苗，叶面喷施IAA 类似物，检
测植物净光合速率（n4）。预期结果为植物内IAA 含量m1<m2；净光合速率n1=n3＜n2=n4.
6．为了研究高温胁迫下CO2 浓度升高对番茄生长的影响，研究人员进行了相关实验，实验过程如下：番
茄幼苗高度达到20cm 后，每日8：00～17：00 对其进行CO2 浓度控制，分别控制为1000μmol/mol（A
组），700μmol/mol（B 组）和416μmol/mol（C 组，环境CO2 浓度），在开花结果期进行连续3 天高
温胁迫（日均温度38℃）和适宜生长温度（日均温度26℃）试验处理，并测定了番茄净光合速率
（An）的日均变化，结果如下图1 所示。回答下列问题：
(1)该实验的自变量为 ，番茄的净光合速率可用单位时间内叶片 （填“吸收”或“固
定”）CO2的量来表示，若要获得番茄的总光合速率，还需要进一步测定 （用CO2的相关量表示）。
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(2)光合作用过程中，位于 的RuBP 羧化酶可催化CO2与C5结合生成C3，C3在 提供
能量的情况下被 进一步还原为 。
(3)据图1 分析，高温对番茄净光合速率的影响为 ，相较于环境CO2浓度下，在高温条件下升高
CO2浓度可使番茄的净光合速率 。研究人员又进一步测定了不同CO2浓度下高温和低温处理时
番茄CO2固定速率（Vc.max）日均值变化以及C5再生速率（Jmax）日均值变化，结果如图2 和图3 所示，则
据图分析，可以得出的结论是 （答出两点），并进一步推测，此时暗反应为光反应提供
（写出物质名称）的速率也会发生相应变化，从而使光反应速率发生相应变化。
【答案】(1)CO2 浓度和温度 吸收 黑暗条件下单位时间内叶片的CO2 释放量
(2)叶绿体基质 ATP 和NADPH NADPH C5 和糖类等有机物
(3)高温降低了番茄的净光合速率 升高（增加） 高温降低了CO2 固定速率和C5 再生速率；
升高CO2 浓度可提高高温下的CO2 固定速率和C5 再生速率 ADP、Pi 和NADP⁺
【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段：光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸
收光能、传递光能，并将一部分光能用于水的光解生成NADPH 和氧气，另一部分光能用于合成ATP；
暗反应发生场所是叶绿体基质，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子
的三碳化合物，三碳化合物在光反应产生的NADPH 和ATP 的作用下被还原，进而合成有机物。
【详解】（1）该实验研究高温胁迫下CO2 浓度升高对番茄生长的影响，在实验过程中对CO2 浓度进
行了不同设置，同时设置了高温胁迫和适宜生长温度两种温度条件，所以自变量为CO2 浓度和温度。
净光合速率是指总光合速率减去呼吸速率，可用单位时间内叶片吸收CO2 的量来表示。因为总光合速
率 = 净光合速率+呼吸速率，所以若要获得番茄的总光合速率，还需要进一步测定呼吸速率，即需要
在黑暗条件下，测得单位时间内叶片的CO2 释放量。
（2） RuBP 羧化酶参与光合作用的暗反应阶段，暗反应发生在叶绿体基质中，所以位于叶绿体基质的
RuBP 羧化酶可催化CO2 与C5 结合生成C3。在光反应中产生的ATP 和NADPH 可以为C3 的还原提供
能量。在ATP 和NADPH 提供能量的情况下，C3 被NADPH 进一步还原为C5 和糖类等有机物。
（3） 观察图1，对比高温处理组和适宜生长温度处理组，可知高温降低了番茄的净光合速率。 在
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高温条件下，A、B 组的净光合速率均高于C 组，所以相较于环境CO2 浓度下，在高温条件下升高
CO2 浓度可使番茄的净光合速率升高。观察图2 和图3，对比不同CO2 浓度下高温和低温处理的CO2
固定速率和C5 再生速率，可以得出高温降低了CO2 固定速率和C5 再生速率；升高CO2 浓度可提高高
温下的CO2 固定速率和C5 再生速率。暗反应为光反应提供ADP、Pi 和NADP⁺，当暗反应速率发生变
化时，这些物质的供应速率也会发生相应变化，从而使光反应速率发生相应变化。
7．水稻和玉米是两种重要的粮食作物，高光强和高温环境下，水稻的光呼吸高而玉米等C4 植物的叶肉细
胞中存在PEP 羧化酶可浓缩CO2。下图为玉米浓缩CO2 的机制及类囊体膜上的电子传递示意图。请回
答下列问题。
(1)Rubisco（R 酶）是一种双功能酶，既可催化C5和CO2反应，也可在O2/CO2值过高时催化光呼吸的发生，
即催化C5和O2反应生成C3和C2，后者最终可在线粒体中转变为CO2，降低了光合效率。R 酶存在于水稻
叶肉细胞的 中，叶肉细胞中产生CO2的生理过程有 。
(2)PEP 羧化酶与CO2的亲和力远高于R 酶，可催化低浓度的CO2与图中 结合生成草酰乙酸，还
原为苹果酸后经 （填结构名称）进入维管束鞘细胞，再脱羧释放CO2参与卡尔文循环。通过PEP
酶的固定作用，将低浓度的CO2泵至维管束鞘细胞中富集，导致O2/CO2值 ，减少了光呼吸的发生。
(3)类囊体上电子传递链有线性电子传递链（图中实线所示）和环式电子传递链（图中虚线所示）两类。线
性电子传递链传递的电子最初来自 ，最终传递给 。环式电子传递链的传递路径为PSI→
→PSI。通过环式电子传递链，实现了H+的跨膜运输，增大了膜两侧的浓度差，促进了 的合成；
该过程中，ATP 合酶的作用有 。
(4)据图分析，维管束鞘细胞的类囊体上无PSⅡ，其生理学意义是 。
【答案】(1)叶绿体基质 细胞呼吸和光呼吸
(2)PEP 胞间连丝 降低
(3)H2O NADP+ Fd→PQ→Cytb6f→PC ATP 催化和运输
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(4)不发生水的光解，降低O2/CO2 比值，（减少光呼吸）提高光合效率
【分析】光合作用过程包括光反应和暗反应：
（1）光反应：场所在叶绿体类囊体薄膜，完成水的光解产生NADPH 和氧气，以及ATP 的合成。
（2）暗反应：场所在叶绿体基质中，包括二氧化碳的固定和C3 的还原两个阶段。光反应为暗反应C3
的还原阶段提供NADPH 和ATP。
【详解】（1）分析题意，R 酶可催化C5 和CO2 反应，也催化C5 和O2 反应生成C3 和C2，由此可知，
R 酶存在于水稻叶肉细胞的叶绿体基质中，叶肉细胞中产生CO2 的生理过程有细胞呼吸和光呼吸。
（2）分析题图可知，PEP 羧化酶可催化低浓度的CO2 与PEP 结合生成草酰乙酸，还原为苹果酸后经细
胞间的胞间连丝进入维管束鞘细胞，再脱羧释放CO2 参与卡尔文循环。通过PEP 酶的固定作用，将低
浓度的CO2 泵至维管束鞘细胞中富集，导致O2/CO2 值降低，减少了光呼吸的发生。
（3）由图可知，线性电子传递的最初电子供体是H2O，最终电子受体是NADP+。环式电子传递链的
传递路径为PSI→Fd→PQ→Cytb6f→PC→PSI。通过环式电子传递链，实现了H+的跨膜运输，增大了
膜两侧的浓度差，促进了ADP 和Pi 合成ATP；该过程中，ATP 合酶的作用有催化ATP 合成和运输
H+。
（4）分析题图可知，PSⅡ可以促进水的光解，故维管束鞘细胞的类囊体上无PSⅡ，不发生水的光解产
生O2，降低O2/CO2 比值，减少光呼吸，从而提高光合效率。
8．油菜是我国主要的传统食用油料作物之一，干旱会影响油菜的生长发育和产量。某科研小组对油菜进
行不同水平的钾肥以及干旱胁迫处理，检测油菜叶片相关的生理代谢指标，结果如表、图所示。回答
下列问题：
组
别
钾肥浓
度/
（mmol·L-1）
生
长
条
件
干物质相
对含量
（以对照
组为
100%）
生长素含
量/
（μmol·g-1）
细胞分裂素含
量/
（μmol·g-1）
脱落酸含
量/
（μmol·g-1）
一
1.00
干
旱
62.54%
84.6
2.05
0.574
二
1.50
干
旱
81.25%
107.3
2.78
0.507
三
1.00
正
常
100%
169.2
3.53
0.402
注：正常种植条件下，钾肥的适宜浓度为1.00mmol·L-1。
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(1)分析实验可知，与正常条件相比，干旱胁迫会降低油菜体内 （填激素名称）的含量，导致生长
发育迟缓。干旱胁迫会使脱落酸的含量增加，该变化会引起叶片 ，从而降低干物质的含量。
(2)胞间CO2浓度是指叶肉细胞之间的CO2浓度，受净光合速率和气孔导度的共同影响。CO2进入叶绿体后，
发生的反应是 从而被固定。与第三组相比，第一组油菜的净光合速率明显较小，二者叶片的胞间
CO2浓度却相差不大，原因是 。
(3)分析实验可知，为缓解干旱胁迫对油菜生长的影响，可采取的措施是 ，依据是 。
【答案】(1)生长素和细胞分裂素 气孔关闭，使吸收的CO2 减少，从而降低光合速率
(2)在叶绿体基质中CO2 与C5 结合生成C3 第一组的气孔导度也小于第三组
(3)施用较高浓度的钾肥可缓解干旱对油菜生长的影响 与第一组相比，第二组施用较高浓度的钾肥
干物质含量较多
【分析】本实验是探究钾肥对油菜抗旱能力的影响，由表可知，自变量是油菜品种、钾肥和干旱条件，
因变量是油菜的净光合速率、气孔导度、胞间CO2 浓度以及MDA 含量。
【详解】（1）与正常条件相比，干旱胁迫会降低油菜生长素和细胞分裂素的含量，抑制细胞生长和细
胞分裂，导致生长发育迟缓。脱落酸能促进叶片的气孔关闭，使吸收的CO2 减少，从而降低光合速率。
（2）CO2 进入叶绿体后，在叶绿体基质中CO2 与C5 结合生成C3，从而被固定。与第三组相比，第一
组油菜的净光合速率明显较小，二者叶片的胞间CO2 浓度却相差不大，由胞间CO2 浓度是受净光合速
率和气孔导度的共同影响可推知第一组的气孔导度也小于第三组。
（3）在干旱胁迫时，与第一组相比，第二组干物质含量较多，因此施用较高浓度的钾肥可缓解干旱对
油菜生长的影响。
9．单产水平不高是我国大豆产量不足的主要原因之一，氮素是大豆高产的重要限制因子之一，氮素利用
效率较低是当前大豆种植面临的主要问题。适量施用氮肥可促进大豆生长和提高大豆产量，科研人员
设置不同施氮水平（N0——尿素
、N1——尿素
、N2——尿素
、N3
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——尿素
），探究其对大豆叶片光合氮分配和光合速率相关生理指标的影响，实验结果如
表所示。回答下列问题：
处理
N0
N1
N2
N3
比叶氮/（g·m-2）
1.67
2.11
2.53
2.64
叶绿素含量/（mmol·m-2）
0.397
0.426
0.481
0.504
RuBP 羧化酶含
量/（ng·L-1）
111.23
120.71
138.92
129.44
RuBP 羧化酶活性/（U·L-1）
578.32
811.02
843.31
636.03
净光合速
率/（μmolCO2·m-2·s-1）
25.00
32.00
42.00
39.00
注：比叶氮表示单位面积内氮素的含量，RuBP 羧化酶参与
的固定。
(1)光合作用中的很多分子都含有氮，如氮参与组成的叶绿素。叶绿素能将吸收的光能用于驱动水的光解和
用于
还原过程中 的生成，由此可知，细胞中无机盐的功能是 （答出2 点）。
(2)结合表中数据，从光合作用的过程分析，适量施用氮肥可促进大豆生长和提高大豆产量的原因是
。施肥的同时进行松土可以有效提高氮肥利用率，其原因是 。
(3)传统农业生产过程中，常会过量施用氮肥，这样做往往会导致植物“烂根”，分析其原因是
。
【答案】(1)ATP、NADPH 作为细胞中一些化合物的成分，维持细胞和生物体的生命活动
(2)适量增施氮肥能使叶绿素含量增加，促进光反应；还能使RuBP 羧化酶含量和活性增加，促进暗反
应 松土能使空气流通，促进根部细胞有氧呼吸，从而有利于氮的吸收
(3)土壤溶液的浓度过高，使大豆根细胞失水过多，导致细胞活力下降甚至死亡(合理即可)
【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）光反应的产物ATP 和NADPH 用于暗反应
还原过程，故叶绿素能将吸收的光能用于驱
动水的光解和用于
还原过程中ATP 和NADPH 的生成；叶绿素能够吸收、传递、转化光能，而叶绿
素的合成需要Mg2+，由此可知，细胞中无机盐的功能是作为细胞中一些化合物的成分，维持细胞和生
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物体的生命活动。
（2）据表分析可知，与不施氮肥相比，适量施用氮肥叶绿素含量增多，RuBP 羧化酶含量增多，RuBP
羧化酶活性增强；适量增施氮肥能使叶绿素含量增加，促进光反应；适量增施氮肥使RuBP 羧化酶含量
和活性增加，促进暗反应，最终促进大豆生长和提高大豆产量。植物根系从土壤中吸收无机盐离子一
般属于主动运输，需要消耗能量，松土能使空气流通，促进根部细胞有氧呼吸，从而有利于氮的吸收。
（3）传统农业生产过程中，常会过量施用氮肥，这样做往往会导致植物“烂根”，原因是土壤溶液的
浓度过高，使大豆根细胞失水过多，导致细胞活力下降甚至死亡。
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