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第04 讲 细胞呼吸和光合作用
目 录
01 考情透视·目标导航
02 知识导图·思维引航
03
核心整合一 光合作用与细胞呼吸的过程
知识串联1 光合作用与细胞呼吸过程变化的内在联系
知识串联2 光合作用和细胞呼吸的物质能量变化关系
核心整合二 光合作用的影响因素和点的移动问题
知识串联1 光合作用的影响因素
知识串联2 传统农业生产模式及应用
知识串联3 光饱和点及补偿点的移动问题
核心整合三 特殊的代谢类型
知识串联1 光呼吸
知识串联2 C4途径
知识串联3 CAM 途径
知识串联4 光系统及电子传递链
04 题型突破·命题预测
以真题探题型
题型1 细胞呼吸过程及比较
题型2 影响细胞呼吸的因素及应用
题型3 绿叶中色素的提取与分离
题型4 光合作用的基本过程
题型5 环境因素对光合作用速率的影响
以热点窥预测
预测1 围绕细胞呼吸的过程，考查判断推理能力
预测2 结合细胞呼吸的应用，考查社会责任
预测3 围绕光合作用的原理和过程，考查科学思维
05 拓展应用·情境推理
情境1 化学渗透假说
情境2 人工光合系统
1
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核心考点
考试频次
考题统计
考情分析
有氧呼吸和无氧呼吸的相
关过程
3 年17
次
（2024 贵州卷）细胞呼吸过程
（2024 甘肃卷）细胞呼吸过程
（2024 广东卷）有氧呼吸和无氧呼吸
该部分内容的命题以非选择
题为主，属于年年必考的题
目。试题情境多样，以下两
种居多，一是大学教材中有
氧呼吸和光合作用过程的文
字或图解，二是科学家所做
的一种或多种环境因素对两
过程影响的实验数据表或坐
标曲线图，考察考生对两过
程基础知识的实际和对图表
数据的分析推理。
预计在2025 年高考中，以非
选择题的形式进行考查。借
助农业生产实践相关的问题
的为依托，将相关的生理过
程、影响因素以实验分析的
方式综合考查。
细胞呼吸的影响因素及其
应用
3 年5 次
（2024 山东卷）种子萌发与细胞呼吸
（2024 甘肃卷）细胞呼吸的应用
绿叶中色素的提取和分离
3 年7 次
（2024 贵州卷）绿叶中色素的提取与
分离
（2024 广东卷）绿叶中色素的提取与
分离
影响光合作用的因素和应
用
3 年31
次
（2024 天津卷）光合作用物质变化
（2024 福建卷）影响光合作用的因素
（2024 重庆卷）光合作用物质能量变
化、影响光合作用的因素
情境设计
借助化学渗透假说考查了线粒体和叶绿体能量产生的机制，体现了科学思维的核心素
养；借助人工光合系统，考查光合作用的物质合成过程，体现了科学思维和社会责任
的核心素养。
备考要点
光合作用与细胞呼吸的过程
光合作用的影响因素和点的移动问题
特殊的代谢类型
2
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核心整合一 光合作用与细胞呼吸的过程
知识串讲1 光合作用与细胞呼吸过程变化的内在联系
【易错警示】
（1）光合作用中色素吸收光能不需要酶的参与，后续过程均需要酶的催化。
（2）光反应停止后暗反应不会立即停止，光反应产生的ATP、NADPH 可以维持一段时间。
【典例1】植物的光合作用细胞依赖光照，但光能超过光合系统所能利用的能量时，光合器官可能遭到破
坏，该现象称为光抑制。光呼吸能利用部分有机物，在吸收O2放出CO2的同时消耗多余光能，对光合器官
起保护作用。下图为某植物叶片在白天和夜晚的气体交换过程，其中PR、R、GP 代表不同的生理过程。下
列相关叙述错误的是（ ）
A．图中的PR、R 过程分别代表呼吸作用、光呼吸，叶片中有机物的积累量取决于GP、R、PR 之间的差
值
B．光呼吸虽然消耗部分有机物，但是从一定程度上能避免光抑制的发生，有利于植物生长发育
C．植物通过调节叶片角度回避强光或进行细胞内叶绿体的避光运动均可减弱光抑制现象
D．在农业生产中，适当抑制白天光呼吸和夜间呼吸作用的进行，有利于提高农作物产量
【典例2】正常光照条件下，某植物叶片叶肉细胞进行光合作用、有氧呼吸的示意图如下（数字表示结构，
小写字母表示物质的移动情况），有关说法正确的是（ ）
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A．有氧呼吸发生的场所为图中2、3 处
B．线粒体产生的CO2被叶绿体利用，至少穿过5 层生物膜
C．突然黑暗处理，叶绿体内C3含量短时间内将增加
D．h=c，d=g 时，该植株光合作用速率等于呼吸作用速率
知识串联2 光合作用和细胞呼吸的物质能量变化关系
1. 物质变化
C
H
O
2. NADH、NADPH 和ATP 的来源和去路
物质
来源
去路
NADH
有氧呼吸第一、二阶段（葡萄糖、丙酮酸、
水）
有氧呼吸第三阶段还原氧气，生成水
NADPH
光反应阶段水的光解
C3的还原
ATP
光反应阶段；有氧呼吸第一、二、三阶段
C3的还原供能，各项生命活动
3.能量变化
（1）光合作用：光能 ATP、NADPH 中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能
（2）呼吸作用：有机物中稳定的化学能 热能、ATP 中的化学能、不彻底氧化产物中的化学能
【典例3】下图为绿色植物体内某些代谢过程中物质变化的示意图，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示不同的代谢过程。
下列相关叙述正确的是（ ）
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A．Ⅲ在第二阶段消耗水,第三阶段产生水
B．若Ⅰ、Ⅱ过程的速率大于Ⅲ过程，植物体干重将减少
C．Ⅰ过程中产生的O2参与Ⅲ的第二阶段反应
D．物质X 是从叶绿体的基质移向类囊体薄膜的
【典例4】下图①~⑦为某绿色植物细胞代谢的相关生理过程。下列有关叙述错误的是（ ）
A．③过程产生的O2要在相邻细胞的⑥过程被利用，若不考虑O2穿过类囊体薄膜，至少需要穿过6 层磷
脂双分子层
B．蓝细菌也能发生类似于③④的生理过程
C．①②的进行与⑤⑥密切相关，与③⑦无直接关系
D．叶肉细胞③过程O2的产生量大于⑥中O2的吸收量，则该植株的有机物总量可能减少
核心整合二 光合作用的影响因素和点的移动问题
知识串联1 光合作用的影响因素
类型
影响原理
主要表现
光照
主要指不合乎植物生长要求的光照强度
和光质条件，通过影响光反应来影响农
作物的光合作用
影响植物叶绿素的合成；对类囊体膜造
成损伤
CO2
CO2是光合作用的反应物，CO2浓度低于
CO2 补偿点，会通过影响暗反应速率而
影响光合作用强度
光合作用原料CO2不足导致暗反应速率
下降
温度
低温逆境和高温逆境，主要通过影响酶
的活性或气孔开放程度而影响光合作用
强度
叶绿体和酶的结构受到破坏，进而影响
两者的功能；引起气孔关闭，影响CO2
的吸收
6
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水分
水分胁迫包括干旱和水淹两种情况。干旱时气孔关闭，影响CO2吸收而影响暗反
应，进而影响光合作用；农作物被水淹时，根细胞进行无氧呼吸产生酒精，对细
胞造成毒害
无机盐
矿质营养对光合作用的影响主要包括：①影响叶绿体中物质和结构的形成，如叶
绿素(Mg2＋)；②盐胁迫影响根系吸水，进而影响气孔开放程度；③重金属盐会影
响叶绿素的合成和光合作用有关酶的活性
【易错警示】
组成气孔的保卫细胞吸水膨胀，气孔张开，反之关闭
【典例1】下列实例中不能提高光合作用强度的是（ ）
A．定期松土，促进植物根部吸收矿质元素
B．在蔬菜大棚内白天增用人工蓝光光源生产蔬菜
C．小麦和玉米的轮作增加农作物收获面积
D．播种时行和垄要整齐，，长出秧苗后才能“正其行，通其风”
【典例2】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。以下说法不正确
的是（ ）
A．该植物叶片在温度a 和c 时的有机物积累速率不相等
B．保持在温度d 时，该植物体的干重将不变
C．据图推测光合作用相关酶的最适温度小于呼吸酶
D．与a 点相比，b 点时叶绿体内C3的合成速率加快
知识串联2 传统农业生产模式及应用
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【典例3】我国自古“以农立国”，经过悠久岁月的积累，形成了丰富的农业生产技术体系。下列有关农
业生产实践的叙述中，错误的是（ ）
A．“谷田必须岁易”，轮作可以减少侵害谷子的害虫和病菌大量繁殖
B．“农家两大宝，猪粪、红花草”，红花草根上的根瘤菌起到固氮肥田的效果
C．“秸秆还田”的目的是使植物能够利用秸秆中的有机物，促进植物的生长发育
D．“正其行，通其风”有利于作物充分利用二氧化碳和光能来进行生长
【典例4】许多农业谚语涉及生物学原理在农业生产实践中的应用。下列相关解释不合理的是（ ）
A．“秋分种高山，寒露种平川”：温度对冬小麦的生长有影响
B．“农家两大宝，猪粪、红花草（豆科植物）”：红花草具有固氮肥田的作用
C．“春天粪堆密，秋后粮铺地”：粪肥中的矿质元素流向植物，促进粮食增产
D．“稀豆稠麦，收成不坏；稀麦稠豆，没啥收头”：合理密植可提高净光合产量
知识串联3 光补偿点及光饱和点的移动问题
(1)光补偿点对应的两种生理状态
①整个植株：光合作用强度＝细胞呼吸强度。
②叶肉细胞：光合作用强度>细胞呼吸强度。
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(2)B 点与C 点的变化(注：只有横坐标为自变量，其他条件不变)
变化
补偿点（B）
饱和点（C）
呼吸速率增加，光合速率减小
右移
左移
光合速率增加，呼吸速率减小
左移
右移
(3)D 点：代表饱和点对应的最大光合速率，若增大光照强度(或增大CO2浓度)使光合速率增大时，D 点向
右上方移动；反之，移动方向相反。
【核心归纳】
①在一定条件下，饱和点越大，表示植物的光合作用能力越强。
②高于补偿点，植物开始生长；低于补偿点，植物会净消耗有机物。补偿点低，说明植物在较弱光照或低
CO2 浓度下就能生长。
③通常，阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的低，由此可以区分判断阴生植物和阳生植物。
【典例5】矿质离子主要由植物根系吸收，对光合作用有一定的影响。在适宜条件下，将黄瓜幼苗培养在
完全培养液中，测定其光合作用速率与光照强度的关系，结果如图。若将黄瓜幼苗培养在缺镁培养液中
（缺镁对呼吸作用速率影响不大），下列分析错误的是（ ）
A．缺镁会影响叶绿素的合成，使光合速率下降，C 点向左下方移动
B．缺镁对呼吸作用速率影响不大，所以A 点不会有明显移动
C．图中B 点是光补偿点，在缺镁培养液培养后B 点左移
D．图中D 点是光饱和点，在缺镁培养液培养后D 点左移
【典例6】下图中纵坐标表示植物个体对某种气体吸收量或释放量的变化。下列说法正确的是（
）
A．C 点时，叶肉细胞中能产生ATP 的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体
B．若A 代表O2吸收量，D 点时的叶肉细胞既不吸收O2也不释放O2
C．若A 代表CO2释放量，适当提高大气中的CO2浓度，E 点将向右下方移动
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D．F 代表光饱和点，若F 点后仍不断提高光照强度，光合作用强度一定会始终不变
核心整合三 特殊的代谢类型
知识串联1 光呼吸
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：
【核心归纳】
①光呼吸的不利影响：消耗掉暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。
②光呼吸的有利影响：强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此叶肉细胞中会积累ATP 和NADPH，
这些物质积累会产生自由基，这些自由基会损伤叶绿体。而强光下，光呼吸加强，
会消耗光反应过程中积累的ATP 和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。
③高O2 环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2 浓度可明显抑制光呼吸。
【典例1】光照条件下，叶肉细胞中的O 与
₂
CO 竞争性结合
₂
C ，
₅
O 与
₂
C 结合后经一系列反应释放
₅
(
的
过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 SoBS 溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强
度见下表。光合作用强度用固定的CO 量表示
₂
(见表)，SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。下
列叙述错误的是（ ）
A．光呼吸中C 与
₅
O 结合的反应发生在叶绿体的基质中
₂
B．研究发现水稻光呼吸缺陷型不能在正常大气CO 浓度条件下存活，只有在高
₂
浓度条件才能存
活，说明在正常大气CO 浓度条件下，光呼吸是不可缺少的生理活动
₂
C．为探究SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度,应在100~300mg/L 之间而不是0~200mg/L 之间再设置
有一定浓度梯度的一系列实验组进一步进行实验
D．与未喷施SoBS 溶液相比，喷施100mg/L SoBS 溶液的水稻叶片的光补偿点高
【典例2】研究发现，强光照条件下植物叶肉细胞会进行光呼吸。光呼吸是由于O2竞争性地结合卡尔文循
环关键酶Rubisco 造成的。该酶既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反应，产物经一
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系列变化后在线粒体中生成CO2，如下图。下列说法正确的是（ ）
A．Rubisco 是一个双功能酶，不具备专一性
B．光呼吸可以消耗掉多余的O2，减少自由基产生，降低对细胞结构的损伤
C．较强的光呼吸对于光合作用产物的积累是很有利的
D．持续强光照时突然停止光照，CO2释放量先减少后增加至稳定
知识串联2 C4途径
在绿色植物的光合作用中，二氧化碳中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中，然后才转移到
C3 中，科学家将这类植物叫作C4 植物，将其固定二氧化碳的途径，叫作C4 途径。
【核心归纳】
①C4 植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体。所以C4 植物光
反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上，而CO2 固定发生在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的
叶绿体基质中。
②用14C 标记CO2 追踪C4 植物碳原子的转移途径为：CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)。
③C4 植物PEP 羧化酶对CO2 具有高亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，C4 植物就能利用细
胞间隙低浓度的CO2 继续生长，而C3 植物则不能。故在干旱环境中，C4 植物比C3 植物生长得好。
【典例3】自然界中C4植物比C3植物具有更强的固定低浓度CO2能力。现将取自A、B 两种植物且面积相等
的叶片分别放置到相同大小的密闭小室中，在温度均为25℃的条件下给予充足的光照，每隔一段时间测定
一次小室中的CO2浓度，结果如图所示。下列说法错误的是（ ）
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A．A、B 两种植物中B 植物可能为C4植物
B．本实验的自变量为植物种类和实验时间
C．M 点处两种植物叶片的净光合速率相等
D．40min 时B 植物叶片光合速率等于呼吸速率
【典例4】为探究 C4 植物中的 PEPC 酶和 PPDK 酶能否提高C3植物光合作用的 效率，研究者将玉米（C4
植物）的PEPC 酶基因和PPDK 酶基因导入水稻（C3植物）。在灌浆期一定的 CO2 浓度条件下，分别测定了
双转基因水稻和原种水稻的叶绿素含量及净光合速率，结果如下图所示。下列有关分析，错误的是（
）
A．该实验的自变量为是否导入 PEPC 酶基因和和 PPDK 酶基因
B．由图甲可知，双转基因水稻对红光和蓝紫光的吸收率比原种水稻高
C．PEPC 酶基因和PPDK 酶基因通过降低细胞呼吸作用来提高净光合速率
D．若在适宜光照条件下提高实验时CO2的浓度，可增加双转基因水稻的产量
知识串联3 CAM 途径
【核心归纳】
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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。这类植物特别适合于炎热干旱地区，其特点
是气孔夜间开放，吸收并固定CO2，形成以苹果酸为主的有机酸，储存于液泡中；白天时气孔关闭，不吸
收CO2，但同时却通过卡尔文循环将从苹果酸中释放的CO2 还原为糖，该机制也称CAM 途径。
②从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚该类植物不能合成葡萄糖，原因是
没有光反应为暗反应提供ATP 和NADPH。
③如果白天适当提高CO2 浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变。
④分析图中信息推测，CAM 途径是对干旱环境的适应；该途径除维持光合作用外，对植物的生理意义还表
现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。
【典例5】CAM 植物白天气孔关闭，夜晚气孔打开，以适应干旱环境。下图为其部分代谢途径，相关叙述不
正确的是（ ）
A．催化过程①和过程②所需的酶不同
B．卡尔文循环的场所是叶绿体类囊体薄膜
C．CAM 植物白天气孔关闭可减少水分散失
D．夜晚缺乏NADPH 和ATP 不能进行卡尔文循环
【典例6】景天科植物有一个很特殊的CO2同化方式：夜间气孔开放，吸收的CO2先形成苹果酸储存在液泡
中，当白天气孔关闭时，液泡中的苹果酸经脱羧作用，释放出CO2用于光合作用，下列叙述错误的（
）
A．该代谢途径可防止景天科植物在白天大量散失水分，有利于适应干旱环境
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B．景天科植物白天进行光合作用，暗反应固定的CO2来自于苹果酸脱羧作用
C．与常见的C3途径植物相比，夜间将景天科植物放置于室内更有益于人体健康
D．白天，突然降低外界CO2浓度，景天科植物叶肉细胞中C3的含量无明显变化
知识串联4 光系统及电子传递链
【核心归纳】
①光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气、H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH 的产生。
②电子传递过程是高电势到低电势(由于光能的作用)，释放的能量将质子(H＋)逆浓度梯度从类囊体的基
质侧泵入到囊腔侧，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。
③类囊体内的高浓度质子通过ATP 合成酶顺浓度梯度流出，而ATP 合成酶利用质子顺浓度梯度中流出的能
量来合成ATP。
【典例7】光系统是进行光吸收的功能单位，分为光系统I（PSI）和光系统II（PSII），研究发现，PS Ⅱ
上的蛋白质LHC Ⅱ通过与PS Ⅱ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示），且LHCII 与PSII 的
分离依赖LHC 蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是（ ）
A．LHC 蛋白激酶活性下降，PSII 对光能的捕获减弱
B．弱光下LHCII 与PSII 结合，有利于对光能的捕获
C．镁离子含量减少会导致PSII 对光能的捕获减弱
D．绿色植物的光反应依赖类囊体膜上PSI 和PSII
【典例8】如图是叶绿体中进行的光反应示意图，类囊体膜上的光系统Ⅰ（PS Ⅰ）和光系统Ⅱ（PS Ⅱ）是
色素和蛋白质复合体，可吸收光能进行电子传递，电子最终传递给NADP+后与其反应生成NADPH。膜上的
ATP 合成酶在顺浓度梯度运输H+的同时催化ATP 的合成。下列叙述正确的是（ ）
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A．图中体现出的膜蛋白功能仅有催化及物质运输
B．若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中NADP+减少，则图中电子传递速率会减慢
C．H+由叶绿体基质进入类囊体腔的过程属于协助扩散
D．据图分析，O2产生后扩散到细胞外共需要穿过3 层生物膜
题型1 细胞呼吸过程及比较
1．（2024·甘肃·高考真题）梅兰竹菊为花中四君子，很多人喜欢在室内或庭院种植。花卉需要科学养护，
养护不当会影响花卉的生长，如兰花会因浇水过多而死亡，关于此现象，下列叙述错误的是（ ）
A．根系呼吸产生的能量减少使养分吸收所需的能量不足
B．根系呼吸产生的能量减少使水分吸收所需的能量不足
C．浇水过多抑制了根系细胞有氧呼吸但促进了无氧呼吸
D．根系细胞质基质中无氧呼吸产生的有害物质含量增加
【易错提醒】水分子进出细胞的方式有：自由扩散和协助扩散，均为被动运输，顺浓度梯度进行，不消耗
能量。
2．（2024·安徽·高考真题）真核细胞的质膜、细胞器膜和核膜等共同构成生物膜系统。下列叙述正确的是
（ ）
A．液泡膜上的一种载体蛋白只能主动转运一种分子或离子
B．水分子主要通过质膜上的水通道蛋白进出肾小管上皮细胞
C．根尖分生区细胞的核膜在分裂间期解体，在分裂末期重建
D．[H]与氧结合生成水并形成ATP 的过程发生在线粒体基质和内膜上
【易错提醒】有氧呼吸第三阶段的场所在线粒体内膜
3．（2024·广东·高考真题）研究发现，敲除某种兼性厌氧酵母（WT）sqr 基因后获得的突变株△sqr 中，
线粒体出现碎片化现象，且数量减少。下列分析错误的是（ ）
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A．碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸
B．线粒体数量减少使△sqr 的有氧呼吸减弱
C．有氧条件下，WT 比△sqr 的生长速度快
D．无氧条件下，WT 比△sqr 产生更多的ATP
题型2 影响细胞呼吸的因素及应用
4．（2024·山东·高考真题）种皮会限制O2进入种子。豌豆干种子吸水萌发实验中子叶耗氧量、乙醇脱氢酶
活性与被氧化的NADH 的关系如图所示。已知无氧呼吸中，乙醇脱氢酶催化生成乙醇，与此同时NADH 被氧
化。下列说法正确的是（ ）
A．p 点为种皮被突破的时间点
B．Ⅱ阶段种子内O2浓度降低限制了有氧呼吸
C．Ⅲ阶段种子无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐增加
D．q 处种子无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄糖多
【易错提醒】氧气可以促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸。
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）。
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题型3 绿叶中色素的提取与分离
6．（2024·贵州·高考真题）为探究不同光照强度对叶色的影响，取紫鸭跖草在不同光照强度下，其他条件
相同且适宜，分组栽培，一段时间后获取各组光合色素提取液，用分光光度法（一束单色光通过溶液时，
溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比）分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是（
）
A．叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素
B．分离提取液中的光合色素可采用纸层析法
C．光合色素相对含量不同可使叶色出现差异
D．测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
【易错提醒】
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。
7．（2024·广东·高考真题）银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法
探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是（ ）
A．选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B．研磨时用水补充损失的提取液
C．将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D．用过的层析液直接倒入下水道
【易错提醒】
光合色素溶于有机溶剂（乙醇、丙酮），不溶于水。
题型4 光合作用的基本过程
8．（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。
覆膜处理
叶绿素含量（mg/g）
类胡萝卜素含量（mg/g）
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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）。
9．（2024·宁夏四川·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。
10．（2024·吉林·高考真题）在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反
应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过
程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。
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光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是 过程。
(2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH 的场所是 和 。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株（WT），得到转基因株系1 和2，测定
净光合速率，结果如图2、图3。图2 中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自 和
（填生理过程）。7—10 时株系1 和2 与WT 净光合速率逐渐产生差异，原因是 。据图3 中的数据
（填“能”或“不能”）计算出株系1 的总光合速率，理由是 。
(4)结合上述结果分析，选择转基因株系1 进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是 。
11．（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。
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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
。
题型5 环境因素对光合作用速率的影响
12．（2024·福建·高考真题）叶片从黑暗中转移到光照下，其光合速率要先经过一个增高过程，然后达到
稳定的高水平状态，这个增高过程称为光合作用的光诱导期。已知黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态，
壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。为研究气孔开放与光诱导期的关系，科研人员将大豆叶片分为
两组，A 组不处理，B 组用壳梭孢素处理，将两组叶片从黑暗中转移到光照下，测定光合速率，结果如图所
示。
下列分析正确的是（ ）
A．0min 时，A 组胞间CO2浓度等于B 组胞间CO2浓度
B．30min 时，B 组叶绿体中C3生成和还原速率均大于A 组
C．30min 时，限制A 组光合速率的主要因素是光照时间
D．与A 组叶片相比，B 组叶片光合作用的光诱导期更长
13．（2024·北京·高考真题）某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验，测定单位时间单位叶面积的
氧气释放量，结果如图所示。若想提高X，可采取的做法是（ ）
A．增加叶片周围环境CO2浓度
B．将叶片置于4℃的冷室中
C．给光源加滤光片改变光的颜色
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D．移动冷光源缩短与叶片的距离
14．（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。
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 。
15．（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。
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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
预测1 围绕细胞呼吸的过程，考查判断推理能力
1．如图所示装置可用于测定动物的呼吸速率。下列关于该装置的描述，不正确的（ ）
A．试管内的试剂可以是NaOH 溶液，作用是吸收CO2
B．广口瓶放入盛有温水的水槽内是为了使瓶内温度恒定
C．若试管内的试剂是NaOH 溶液，则实验过程中玻璃管内的红墨水会向右移动
D．该装置可直接测得动物呼吸时所释放的CO2量
2．豌豆种子细胞呼吸时，底物经脱氢酶催化所释放的氢，能将无色的三苯基氯化四唑（TTC）还原为红色
的三苯甲胺。在种子萌发过程中，其CO2释放速率和O2吸收速率的变化如图1 所示。图2 表示一定时间内
作物甲和作物乙的根细胞吸收NO3
-的速率与O2浓度的关系，下列有关植物生长发育相关的说法错误的是（
）
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A．12～24 小时这段时间，种子主要的呼吸方式为无氧呼吸
B．图1 中a 时种子只进行有氧呼吸
C．甲的NO3
-最大吸收速率大于乙，在根细胞吸收NO3
-的过程中甲需要能量多，消耗O2多
D．b 点后氧化分解的底物可能包括糖类、脂肪等物质
3．一个肿瘤中常存在A 型和B 型两种癌细胞，两种癌细胞的代谢方式不同，但可以通过MCT4 和MCT1 载体
建立物质上的联系，进而形成协同代谢，促进肿瘤的发生与发展，下图所示为两种癌细胞的代谢过程和联
系方式相关叙述错误的是（ ）
A．B 型癌细胞比A 型癌细胞吸收葡萄糖速率更快
B．和正常细胞相比，B 型癌细胞上的MCT1 表达更多
C．过程③与②相比，除了场所不同，过程③还需要氧气
D．研制能抑制MCT4 或MCT1 的药物可用于治疗癌症
预测2 结合细胞呼吸的应用，考查社会责任
4．下列关于呼吸作用在生产上的应用的叙述，错误的是（ ）
A．深耕松土、及时排水可促进根系对氧气的吸收
B．马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会抑制酒精的产生
C．酿制葡萄酒时密闭环境中酵母菌的发酵可抑制杂菌繁殖
D．保持低温、低氧及干燥的环境有利于谷物保存
5．堆肥处理是指利用自然界广泛存在的纤维素降解菌等微生物，有控制地促进秸秆等固体废物中可降解
有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。下列相关叙述错误的是（ ）
A．堆肥中的有机碳被微生物呼吸分解而使碳氮比降低
B．堆肥处理产生的部分化合物能被植物的根系吸收
C．高温堆肥处理可以减少农作物因直接施用农家肥而导致的疾病和虫害
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D．堆肥中所有微生物细胞自由水的含量都很高、代谢旺盛
6．某超市有一批过保质期的酸奶出现涨袋现象，酸奶中可能含有的微生物有乳酸菌、酵母菌等。下列分
析合理的是（ ）
A．乳酸菌与酵母菌遗传物质均主要分布在细胞核中
B．出现涨袋现象是乳酸菌细胞呼吸产生气体造成的
C．酸奶制作时有机物释放的能量大部分以热能形式散失
D．涨袋的酸奶如果在保质期内，则可以继续食用
预测3 围绕光合作用的原理和过程，考查科学思维
7．习近平总书记指出：“发展新质生产力是推动高质量发展的内在要求和重要着力点。”中华优秀传统
文化是新质生产力发展的重要支撑，其中蕴藏着大量的农业生产经验。下列叙述错误的是（ ）
A．“犁地深一寸，等于上层粪”是指“犁地”能促进根系吸收有机营养
B．“正其行，通其风”能为植物提供更多的CO2，提高光合作用速率
C．“玉米带大豆，十年九不漏”是指间作套种可充分利用空间和资源
D．“谷连谷，坐着哭”“谷田必须岁易”说明轮作可避免因长期单一种植而造成减产
8．农业生产中有许多谚语的产生，如①无力不打铁，无灰不种麦；②犁地深一寸，等于上层粪；③一挑
粪进，一挑谷出；④两垄高粱一垄豆，高矮作物双丰收等。这些谚语体现了我国劳动人民在农业生产上的
智慧。下列有关叙述错误的是（ ）
A．①中的“灰”主要是指无机盐，常以离子的形式被小麦吸收
B．②的主要原理是增加土壤中氧气供应能促进植物对无机盐的吸收
C．③施加有机肥可间接为植物补充CO2，进而增加有机物积累
D．④中的“豆”能适应弱光，是因为大豆植株中含有较少的叶绿体
9．从长期生活在强光和弱光条件下的三角叶滨藜植株上分别获取叶片甲、乙，在大气CO2浓度和适宜温度
下检测光照强度对叶片光合作用强度的影响，结果如图。相关推测错误的是（ ）
A．在P 点光照强度下，乙组叶片能进行光合作用而甲组不能
B．在Q 点光照强度下，甲组叶片光合制造有机物的速率高于乙组
C．提高环境CO2浓度，两组叶片最大光合作用强度都会增加
D．与甲组相比，乙组叶片更薄，更适应在弱光条件下生存
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情境1：化学渗透假说
1961 年，米切尔(Peter Mitchell)提出了化学渗透假说：①线粒体(叶绿体)的电子传递链将H＋由线
粒体基质(叶绿体基质)泵入线粒体内、外膜间基质(类囊体基质)；②线粒体内膜(类囊体膜)不允许H＋回
流，膜内外产生H＋浓度梯度；③H＋顺浓度梯度回流释放能量合成ATP。
1963 年，贾格道夫在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH＝4 的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH
下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP 和Pi 的pH＝8 的缓冲溶液中，一段时间后有ATP 产生。
贾格道夫实验表明：类囊体膜内外存在H＋浓度差是类囊体合成ATP 的直接动力。
典例赏析：科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图 Ⅰ )。为
探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。
(1) 制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是
_______________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持________(填“低温”或“常
温”)。
(2)在图 Ⅰ 实验基础上进行图 Ⅱ 实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某
种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是_______________________________________。
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图 Ⅲ
(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，
结果如图 Ⅲ 所示，悬液的pH 在光照处理时升高，原因是_______________________________。类囊体膜
内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来源物质是________。
(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下
持续生产，需稳定提供的物质有________________。生产中发现即使增加光(照)强度，产量也不再增加，
若要增产，可采取的有效措施有________________________________(答两点)。
情境2：人工光合系统
中国科学家创制了一条利用CO2、水和阳光合成淀粉的人工路线，在实验室首次实现了从CO2 到淀粉
的全合成，科学家认为，不依赖植物光合作用，设计人工光合系统固定CO2，合成淀粉①，有望成为影响
世界的重大颠覆性技术之一。
典例赏析：(1)绿色植物光合作用过程中光反应的产物为 。
(2)与植物光合作用淀粉积累量相等的情况下，该路线消耗的CO2量要 (填“高于”“低于”
或“等于”)植物，原因是 。
(3)从生态角度考虑，相比植物光合作用，利用人工合成路线得到淀粉的优势有 (答
出1 条即可)。
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