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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
【答案】A
【解析】分析题图可知，由于叶片在夜晚和白天都进行R 过程，故R 代表呼吸作用，PR 是叶片吸收O2和放
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出CO2的过程，因此是光呼吸，A 错误；由题干可知光呼吸虽然消耗部分有机物，但可以消耗多余能量，对
光合器官起保护作用，从一定程度上能避免光抑制的发生，有利于植物生长发育，B 正确；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，植物本身的调节如叶子调节角度回避强光、叶绿体避光
运动等都可以避免强光直射造成光合结构破坏，是对光抑制的保护性反应，C 正确；白天光呼吸和夜间呼
吸作用均会消耗光合作用的有机物，适当减少可以增多有机物的积累，增加农作物产量，D 正确。
【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（ ）
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
【答案】C
【解析】有氧呼吸发生的场所为细胞质基质及图中2（线粒体内膜）、3（线粒体基质），A 错误；线粒体
产生的CO2被叶绿体利用，至少穿过4 层生物膜，B 错误；突然黑暗处理，光反应停止，则为暗反应提供的
ATP 和NADPH 减少，叶绿体内C3含量短时间内将增加，C 正确；h=c，d=g 时，叶肉细胞内光合作用速率等
于呼吸作用速率，植株光合作用速率小于呼吸作用速率，D 错误。
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
5
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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（ ）
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
【答案】A
【解析】图中Ⅲ表示有氧呼吸，其第二阶段消耗水，第三阶段产生水，A 正确；Ⅰ为光合作用的光反应，
Ⅱ为光合作用的暗反应，Ⅲ为有氧呼吸的代谢过程，若Ⅰ、Ⅱ过程的速率大于Ⅲ过程，植物体干重将增加，
B 错误；Ⅰ表示光合作用光反应，产生的氧气参与Ⅲ有氧呼吸的第三阶段，C 错误；物质X 是ATP，从叶绿
体类囊体薄膜叶绿体移向的基质，D 错误。
【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
【答案】C
6
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【解析】叶绿体类囊体薄膜上产生的O2要在相邻细胞的线粒体中利用，若不考虑O2穿过类囊体薄膜至少需
要穿过6 层生物膜（双层叶绿体膜+单层细胞膜+单层细胞膜+双层线粒体膜），即6 层磷脂双分子层，A 正
确；③表示光反应阶段，④表示暗反应阶段，蓝细菌也能进行光合作用，发生类似③④的生理过程，B 正
确；
①表示细胞渗透作用吸水，②表示吸收矿质元素离子，③表示光反应阶段，④表示暗反应阶段，⑤表示有
氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段，⑥表示有氧呼吸的第二、三阶段，⑦表示无氧呼吸的第二阶段。水和无机
盐的跨膜运输方式有差异，水分子跨膜运输不需要细胞的能量，无机盐跨膜运输通常需要⑤⑥过程提供能
量，③⑦）过程不产生能量，因此①的进行与⑤⑥③⑦均无关，②的进行与⑤⑥密切相关，与③⑦无直接
关系，C 错误；叶肉细胞③过程O2的产生量大于⑥中O2的消耗量，叶肉细胞有机物总量会增加，但是就整
个植株而言，由于有非光合部位，故有机物总量可能减少，D 正确。
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
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”
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【答案】C
【解析】定期松土，促进植物根部吸收矿质元素，则有利于光合作用中相关物质的合成，如叶绿素，
ATP、酶等，因而有利于提高光合作用强度，A 不符合题意；光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在蔬菜大棚
内白天增用人工蓝光光源生产蔬菜有利于提高光合作用强度，B 不符合题意；小麦和玉米的轮作可以增加
全年内农作物收获面积，但无法提高光合作用强度，C 符合题意；“正其行，通其风”能增加CO2的浓度，
有利于提高光合作用强度，D 不符合题意。
【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
【答案】B
【解析】光合速率由呼吸速率和叶片有机物积累速率（净光合速率）组成，据图可知，温度a 和c 时光合
速率相等，但是两点的呼吸速率不相等，则叶片有机物积累速率也不同，A 正确；据图可知，温度d 时，
叶片的光合速率与呼吸速率相等，但是植物体内存在一些不能进行光合作用的细胞，如根尖细胞，只能消
耗有机物，故该植物体的干重会减少，B 错误；据图可知，在图示温度内，呼吸速率可能未达到峰值，而
光合速率最适温度在b，故呼吸酶的最适温度比光合作用酶的高，C 正确；与a 点相比，b 点时光合速率增
大，二氧化碳的固定加快，所以叶绿体内C3的合成速率加快，D 正确。
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
【答案】C
【解析】连年种植会导致专一性侵害谷子的害虫和病菌大量繁殖，因此“谷田必须岁易”，是因为轮作可
以减少侵害谷子的害虫和病菌大量繁殖，A 正确；由于根瘤菌具有固氮的作用，因此可达到肥田的效果，B
正确；植物不能直接吸收有机物，秸秆中的有机物需要被分解者分解为无机物才能被植物利用，C 错误；
“正其行，通其风”能增加二氧化碳的浓度，有利于作物充分利用二氧化碳和光能来进行生长，D 正确。
【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
【答案】B
【解析】“秋分种高山，寒露种平川”，由于海拔高度会影响气温的变化，因此该事实说明温度对冬小麦
的生长有影响，A 正确；“农家两大宝，猪粪、红花草（豆科植物）”，红花草根系上的根瘤菌与豆科植
物形成互利共生的关系，根瘤菌有固氮作用，能为豆科植物提供氮元素，故能起到固氮肥田的作用，猪粪
也可通过微生物的分解作用起到肥田的作用，因而有利于高产，B 错误；“春天粪堆密，秋后粮铺地”：
粪肥中的矿质元素流向植物，能提高光合速率，进而促进粮食增产，C 正确；“稀豆稠麦，收成不坏；稀
麦稠豆，没啥收头”：这句话的意思是小麦种植过稀麦稀和大豆种植过密，都很难高产，体现了作物需要
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合理密植，D 正确。
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。
(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
【答案】C
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【解析】缺镁会影响叶绿素的合成，植物捕获光能的能力下降，导致光反应速率下降，对呼吸速率影响不
大，所以在缺镁培养液中培养后，C 点向左下方移动，A 点不会有明显移动，A、B 正确；B 点为光补偿点，
该点的呼吸作用强度与光合作用强度相等；植物体缺镁时，呼吸速率影响不大，而体内叶绿素合成减少，
光合作用速率下降，植物必需在较强光照下光合速率才能与呼吸速率相同，故B 点会右移，C 错误；D 点为
正常植物的光饱和点，缺镁植物的光合速率下降，D 点会向左移动，D 正确。
【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
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
【答案】C
【解析】C 点时光照强度为零，植物只进行呼吸作用，因此叶肉细胞中能产生ATP 的场所有细胞质基质、
线粒体，A 错误；若A 代表O2吸收量，D 点表示光补偿点，即此时植物的光合作用产生的氧气量与细胞呼吸
消耗的氧气量相等，植物只有叶肉细胞等可以进行光合作用，而植物的所有细胞都可以进行细胞呼吸，即
叶肉细胞的光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率，因此D 点叶肉细胞吸收的氧气少于释放的氧气，B 错误；
若A 代表CO2释放量，适当提高大气中的CO2浓度，暗反应速率增加，进而促进光反应，因此可利用的光照
强度增加，故E 点增大，有机物积累增加，故E 点向右下移动，C 正确；若F 点以后进一步提高光照强度，
会导致光照强度过大，灼伤叶绿体，导致光合作用强度下降，D 错误。
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：
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【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
【答案】D
【解析】C5位于叶绿体基质中，则O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中，A 正确；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
CO2浓度条件才能存活，由于叶肉细胞中的O2与CO2
竞争性结合C5，即抑制光呼吸的条件下才能存活，这也说明了在正常大气CO2浓度条件下，光呼吸是不可
缺少的生理活动，B 正确；为探究SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度，据表可知，应在表中光合作用强
度-光呼吸强度的最大值的两侧浓度之间，即应在100~300mg/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，C 正确；叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度即为光补偿点，与对照相比，喷
施100mg/LSoBS 溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释
放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等，D 错误。
【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
【答案】B
【解析】酶的专一性是指酶能够催化一种或一类化学反应，Rubisco 既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；
也能催化C5与O2反应，但仍具有专一性，A 错误；光反应阶段产生的高能电子会激发形成自由基，损伤叶
绿体，光呼吸过程中叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成消耗O2、生成CO2的生理过程，从而将光反应
中积累的大量NADPH 和ATP 通过光呼吸消耗掉，即光呼吸可以减少NADPH 和ATP 的积累，防止自由基的形
成，因而能避免叶绿体等被强光破坏，B 正确；较强的光呼吸会消耗较多的光反应产物ATP 和NADPH，使光
合作用减弱，因此对于光合作用产物的积累是不利的，C 错误；持续强光照时突然停止光照，光合作用会
减弱，而光呼吸并未立即停止，因此CO2释放量先增加，随着光呼吸的消失，只剩细胞呼吸释放CO2，故
CO2释放量减少，然后至稳定，D 错误。
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。
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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（ ）
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
【答案】C
【解析】因C4植物比C3植物具有更强的固定低浓度CO2能力，从图中曲线可知，若有一种植物是C4植物，
则B 植物可能为C4植物，A 正确；因图中横坐标为时间，图中又研究两种植物，故本实验的自变量为植物
种类和实验时间，B 正确；开始时CO2浓度相等，M 点时CO2浓度相等，说明此阶段两种植物有机物的积累
量相等，M 点处两种植物叶片的净光合速率应为该点的斜率，二者不相等，C 错误；30～40min 密闭小室中
CO2浓度不变，说明B 植物叶片光合作用消耗的CO2量与呼吸作用产生的CO2量相同，B 植物叶片光合速率等
于呼吸速率，D 正确。
【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
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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
【答案】C
【解析】依据题干信息，原种水稻与双转基因水稻的区别是是否导入 PEPC 酶基因和和 PPDK 酶基因，是该
实验的自变量，A 正确；依据图甲可知，双转基因水稻与原种水稻相比，其叶绿素含量明显提高，叶绿素
主要吸收红光和蓝紫光，说明双转基因水稻对红光和蓝紫光的吸收率比原种水稻高，B 正确；PEPC 酶基因
和 PPDK 酶基因表达产生的物质，导致叶绿素含量增高，因此应该是提高光合作用强度来达到提高净光合
作用强度的，C 错误；若在适宜的光照条件下，即光照强度一定时，增大其他因素如CO2浓度，可增加双转
基因水稻的产量（净光合速率），D 正确。
知识串联3 CAM 途径
【核心归纳】
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（ ）
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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
【答案】B
【解析】过程①是将CO2转化为C4，②是CO2固定，酶具有专一性，因此催化过程①和过程②所需的酶不同，
A 正确；据图可知，卡尔文循环即光合作用的暗反应阶段，CAM 植物进行暗反应的场所是叶绿体基质，B 错
误；CAM 植物白天关闭气孔，能减少水分散失以适应干旱环境，C 正确；CAM 植物在夜晚黑暗条件下不能制
造有机物，因为没有光照，光反应不能进行，无法为暗反应提供ATP 和NADPH，不能进行卡尔文循环，D 正
确。
【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
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
【答案】B
【解析】该代谢途径即白天关闭气孔，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，A
正确；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和呼吸作用，B 错误；景天
科植物晚上打开气孔，吸收二氧化碳，故夜间将景天科植物放置于室内，可以降低室内的二氧化碳浓度，
更有益于人体健康，C 正确；景天科植物，白天不从外界吸收二氧化碳，故突然降低外界CO2浓度，景天科
植物叶肉细胞中C3的含量无明显变化，D 正确。
知识串联4 光系统及电子传递链
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【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
【答案】A
【解析】叶肉细胞内LHC 蛋白激酶活性下降，LHC Ⅱ与PS Ⅱ分离减少，PS Ⅱ光复合体对光能的捕获增强，
A 错误；PS Ⅱ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，弱光下LHC Ⅱ与PS Ⅱ
结合，增强对光能的捕获，B 正确；镁离子是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PS Ⅱ光复合体上的叶
绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱，C 正确；PS Ⅱ光复合体能吸收光能，并分解水，绿色植物的光反
应依赖类囊体膜上PSI 和PSII，D 正确。
【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
【答案】B
【解析】图中体现了膜蛋白的催化、物质运输、能量转换功能，A 错误；若CO2浓度降低，生成的C3减少，
暗反应消耗的NADPH 减少，生成的NADP+减少，则图中电子传递速率会减慢，B 正确；ATP 合成酶顺浓度梯
度运输H+，则类囊体腔内H+的浓度高于叶绿体基质，故H+由叶绿体基质进入类囊体腔的过程属于主动运输，
C 错误；据图可知，O2产生后扩散到细胞外共需要穿过类囊体膜、叶绿体双层膜、细胞膜共4 层生物膜，D
错误。
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
【答案】B
【解析】大多数营养元素的吸收是与植物根系代谢活动密切相关的过程，这些过程需要根系细胞呼吸产生
的能量，浇水过多会使根系呼吸产生的能量减少，使养分吸收所需的能量不足，A 正确；根系吸收水分是
被动运输，不消耗能量，B 错误；浇水过多使土壤含氧量减少，抑制了根细胞的有氧呼吸，但促进了无氧
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呼吸的进行，C 正确；根细胞无氧呼吸整个过程都发生在细胞质基质中，会产生酒精或乳酸等有害物质，D
正确。
【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
【答案】B
【解析】液泡膜上的一种载体蛋白能转运一种或一类分子或离子，A 错误；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，B 正确；根尖分生区细胞的核膜在分裂前期解体，在分裂末期重建，C 错误；
[H]与氧结合生成水并形成ATP 的过程发生在线粒体内膜上，D 错误。
【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（ ）
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
【答案】D
【解析】有氧呼吸的主要场所在线粒体，碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸，A 正确；有氧呼吸第二、
三阶段发生在线粒体，线粒体数量减少使△sqr 的有氧呼吸减弱，B 正确；与△sqr 相比，WT 正常线粒体数
量更多，有氧条件下，WT 能获得更多的能量，生长速度比△sqr 快，C 正确；无氧呼吸的场所在细胞质基
质，与线粒体无关，所以无氧条件下WT 产生ATP 的量与△sqr 相同，D 错误。
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
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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
【答案】ABD
【解析】由图可是，P 点乙醇脱氢酶活性开始下降，子叶耗氧量急剧增加，说明此时无氧呼吸减弱，有氧
呼吸增强，该点为种皮被突破的时间点，A 正确；Ⅱ阶段种子内O2浓度降低限制了有氧呼吸，使得子叶耗
氧速率降低，但为了保证能量的供应，乙醇脱氢酶活性继续升高，加强无氧呼吸提供能量，B 正确；Ⅲ阶
段种皮已经被突破，种子有氧呼吸增强，无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐降低，C 错误；q 处种子无氧呼吸与
有氧呼吸氧化的NADH 相同，根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可知，此时无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄
糖多，D 正确。
【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）。
【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
(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
【解析】（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
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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。
（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。
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
【答案】D
【解析】提取光合色素加入碳酸钙可以防止色素被破坏，A 正确；由于不同色素在层析液中溶解度不同，
因此在滤纸上的扩散速度不同，从而达到分离的效果，这是纸层析法，B 正确；不同光合色素颜色不同，
因此光合色素相对含量不同可使叶色出现差异 ，叶绿素多使叶片呈现绿色，而秋季类胡萝卜素增多使叶
片呈黄色，C 正确；叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收蓝紫光，所以不能用蓝紫光波段测定叶绿素含量，D 错
误。
【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
【答案】C
【解析】本实验目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，
A 错误；色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇，光合色素不溶于水，B 错误；由于滤纸条不会相互影响，
层析液的成分相同，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析，C 正确；用过的层析液含有石油醚、丙酮和
苯，不能直接倒入下水道，D 错误。
【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
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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）
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
【解析】（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。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
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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。
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。
【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
【解析】（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
吸速率差值最大时的温度，有利于有机物的积累。
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
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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
【解析】（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，
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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。
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。
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
【解析】（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
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－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。
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
【答案】B
【解析】题图横坐标是光照时间，在0min 之前，A 和B 两组已经黑暗了一段时间，而二者不是相同条件，
B 组已经用壳梭孢素处理，壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放，所以B 组和A 组胞间CO2浓度不相等，
A 错误；30min 时，B 组的光合速率相对值高于A 组，叶绿体中C3生成和还原速率均大于A 组，B 正确；
30min 时，限制A 组光合速率的主要因素是气孔开放度，随着光照时间增加，A 组光合速率相对值不在改变，
限制因素不是光照时间，C 错误；题意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。B 组达到最高平衡点用的光照时间
比A 组短，与A 组叶片相比，B 组叶片光合作用的光诱导期更短，D 错误。
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（ ）
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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
D．移动冷光源缩短与叶片的距离
【答案】A
【解析】二氧化碳是光合作用的原料，增加叶片周围环境CO2浓度可增加单位时间单位叶面积的氧气释放
量，A 符合题意；降低温度会降低光合作用的酶活性，会降低单位时间单位叶面积的氧气释放量，B 不符合
题意；
给光源加滤光片，减少了光源，会降低光合速率，C 不符合题意；移动冷光源缩短与叶片的距离会使光照
强度增大，但单位时间单位叶面积的最大氧气释放量可能不变，因为光饱和点之后，光合作用强度不再随
着光照强度的增强而增强，D 不符合题意。
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
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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
【解析】（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。
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。
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
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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】(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
【解析】（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。
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
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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
【答案】D
【解析】由题意和题图可知，本实验的因变量是有氧呼吸的耗氧速率，检测指标是一定时间内的玻璃细管
中红墨水移动的距离，需要排除有氧呼吸生成的二氧化碳的干扰，因此试管内的试剂可以是NaOH 溶液，作
用是吸收CO2，A 正确；广口瓶放入盛有温水的水槽内是为了使瓶内温度恒定，以排除温度这一无关变量对
实验结果的干扰，B 正确；若试管内的试剂是NaOH 溶液，则小鼠有氧呼吸消耗氧气，产生的二氧化碳被试
管内的NaOH 溶液吸收，导致广口瓶内的气体压强降低，因此实验过程中玻璃管内的红墨水会向右移动，C
正确；该装置可直接测得动物呼吸时所消耗的氧气量，不能直接测定动物呼吸时所释放的CO2量，D 错误。
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（
）
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
【答案】B
【解析】据图可知，在12～24h 期间，O2吸收量很少，而CO2释放量很多，表明此时的呼吸作用方式主要是
无氧呼吸，A 正确；图1 中a 时，CO2的释放速率大于O2的吸收速率，说明 种子的有氧呼吸和无氧呼吸都
在进行，B 错误；由图2 可知，根细胞吸收NO3
-的方式是主动运输，需要细胞呼吸提供能量，甲的NO3
-最大
吸收速率大于乙，说明在根细胞吸收NO3
-的过程中甲需要能量多，消耗O2多，C 正确；脂肪氧化分解需要
消耗更多的O2，b 点后O2的吸收速率大于CO2的释放速率，说明氧化分解的底物可能包括糖类、脂肪等物质，
D 正确。
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（ ）
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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
【答案】A
【解析】A 型癌细胞以糖酵解为主要产能方式，B 型癌细胞以线粒体氧化为主要产能方式，糖酵解产能效率
低，需要吸收更多葡萄糖来满足能量需求，所以应该是A 型癌细胞比B 型癌细胞吸收葡萄糖速率更快，A
错误；因为B 型癌细胞以线粒体氧化为主要产能方式，且两种癌细胞可通过MCT4 和MCT1 建立联系，由图
可知B 型癌细胞上MCT1 的存在使得与A 型癌细胞有物质联系，A 型癌细胞吸收葡萄糖速率更快，产生的乳
酸更多，所以和正常细胞相比，B 型癌细胞上的MCT1 表达更多，将乳酸运入细胞进行代谢，B 正确；过程
②是无氧呼吸产生乳酸的过程，过程③是有氧呼吸过程，有氧呼吸和无氧呼吸相比，除了场所不同（有氧
呼吸主要场所是线粒体，无氧呼吸场所是细胞质基质），有氧呼吸还需要氧气，C 正确；由于两种癌细胞
通过MCT4 和MCT1 载体建立联系促进肿瘤发生发展，所以研制能抑制MCT4 或MCT1 的药物可破坏这种联系，
从而用于治疗癌症，D 正确。
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
【答案】B
【解析】深耕松土、及时排水可使土壤中氧气增多，有利于根系的有氧呼吸，A 正确；马铃薯块茎储藏库
中氧气浓度的升高会提高马铃薯的有氧呼吸，抑制其无氧呼吸会使乳酸产生量下降，B 错误；酿制葡萄酒
时密闭环境中酵母菌无氧呼吸可产生酒精，酒精积累后可抑制杂菌的生长，C 正确；低温、低氧及干燥的
环境有利于谷物保存，D 正确。
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
D．堆肥中所有微生物细胞自由水的含量都很高、代谢旺盛
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【答案】D
【解析】堆肥中的纤维素等糖类物质（元素组成主要为C、H、O）被纤维素降解菌呼吸代谢消耗，碳氮比
降低，A 正确；堆肥处理产生的小分子物质能被植物的根系吸收，B 正确；高温堆肥处理可以杀灭堆肥原料
中的病原菌、虫卵和杂草种子，减少疾病和虫害等的发生，C 正确；堆肥过程中，微生物呼吸作用产生的
热量积累，会导致其堆肥内部温度逐渐升高，部分微生物被杀死，部分嗜热微生物仍然正常存活，部分微
生物形成度过不良环境的休眠体，并不是所有细胞都能进行旺盛的代谢，D 错误。
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
【答案】C
【解析】乳酸菌是原核生物，没有以核膜为界限的细胞核，其遗传物质主要存在于拟核中，A 错误；
乳酸菌无氧呼吸不产生气体，其出现涨袋现象的原因是酵母菌无氧呼吸产生二氧化碳，B 错误；酸奶制作
时有机物释放的能量大部分以热能形式散失，C 正确；酸奶涨袋说明已变质，即使在保质期内也不宜再继
续食用，D 错误。
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
【答案】A
【解析】犁地能增加土壤氧气含量，促进有氧呼吸，促进根系吸收无机营养，A 错误；二氧化碳是暗反应
的原料，通风能增加 CO 含量，促进光合作用，
₂
B 正确；间作套种可充分利用阳光等资源，提高产量，C
正确；单一种植会造成土壤肥力下 降，容易出现病虫害造成减产，“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，D 正确。
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
【答案】D
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【解析】植物主要通过根系以离子形式吸收无机盐，“灰”通常指含有钾、磷等元素的无机盐，小麦能以
离子形式吸收这些无机盐，A 正确；犁地深一寸，增加了土壤的透气性，从而增加了土壤中氧气供应，这
有利于植物根部细胞的有氧呼吸，为主动运输吸收矿物质提供更多能量，促进植物对矿物质的吸收，B 正
确；
施加有机肥被土壤微生物分解，释放CO2，间接为植物补充CO2进而增加有机物积累，C 正确；大豆植株能
适应弱光，不是因为含有较少的叶绿体，而是其光合作用的调节机制适应了弱光环境，D 错误。
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
【答案】A
【解析】在P 点光照强度下，甲组和乙组叶片的净光合速率都为0，但净光合速率 = 光合速率 - 呼吸速
率，此时光合速率等于呼吸速率，所以两组叶片都能进行光合作用，A 错误；在Q 点光照强度下，甲组叶
片的净光合速率高于乙组，由于净光合速率反映了光合制造有机物的速率与呼吸消耗有机物速率的差值，
在相同的呼吸速率下，甲组净光合速率高，说明甲组光合制造有机物的速率高于乙组，B 正确；提高环境
CO2浓度，暗反应的原料增加，会促进光合作用，两组叶片最大光合作用强度都会增加，C 正确；与甲组相
比，乙组长期生活在弱光条件下，叶片更薄，更有利于吸收和利用有限的光照，更适应在弱光条件下生存，
D 正确。
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。
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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_______________________________________。
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
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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)。
【答案】 (1)保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂 低温
(2)实验 Ⅱ 是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自膜内外氢离子
浓度差
(3)类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH 升高 水
(4)NADPH、ATP 和CO2 增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度
【解析】 (1)制备类囊体时，其提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖，保持类囊体内外的渗透压，避免类
囊体破裂，以保证其结构完整。提取液应该保持低温降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。(2)从图 Ⅱ
实验中可知，在光照条件下，将处于pH＝4 的类囊体转移到pH＝8 的锥形瓶中，再在遮光的条件下加入
ADP 和Pi，也产生了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，因为实
验 Ⅱ 是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自膜内外氢离子浓度差。
(3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液的pH 在光照处理时升高，推测可能是类囊体膜外
H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH 升高。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，光反应过程中，水的裂解伴随着电子的传递，故电子的最终来源物质是水。(4)人工叶绿体能在光下
生产目标多碳化合物，若要在黑暗条件下持续生产，则需要提供光反应产生的物质NADPH 和ATP，以及碳
(暗)反应的原料CO2。生产中发现即使增加光(照)强度，产量也不再增加，说明碳(暗)反应已经达到最大
速率，增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度增加酶的活性，可有效提高光合效率。
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O2、
NADPH
、
ATP
。
(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 量要低于(填“高于”“低于”或
“等于”)植物，原因是该路线没有呼吸作用消耗糖类。
(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直接人工合成淀粉，
不受环境的限制
( 或节约耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响；或提高人类粮食安全水
平，促进碳中和的生物经济发展等
) (答出1 条即可)。
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