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非选择题解题模板
题型06 光合作用与呼吸作用
考向1 光合呼吸曲线类（包括影响因素）
考向2 光合作用过程的判断
考向3 C3、C4、CAM 植物及光呼吸
考向4 呼吸作用过程及方式判断
（说明：模型解题+做题技巧+真题演练+迁移运用，全方位解透题型）
考向1 光合呼吸曲线类（包括影响因素）
曲线分析
位点移动
(1)A 点的移动:A 点代表呼吸速率,细胞呼吸增强,A 点下移;反之,A 点上移。
(2)光补偿点的移动
①呼吸速率增加,其他条件不变时,光补偿点应右移,反之左移。
②呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,光补偿点应右移,反之左移。
(3)光饱和点的移动
相关条件的改变(如增大CO2浓度)使光合速率增大时,光饱和点C 应右移(C'点右上移),反之C
应左移(C'点左下移)。
从关于光合作用与呼吸作用的历年多地高考题来看，这是一个比较成熟的考试内容，此类题型
属于高考非选择题中的高频考点，首先考生要熟悉掌握光合与呼吸作用的相关基础知识点，然
后结合题干中的有效信息进行作答，此类非选择题中做题技巧包括识图，表格，图像，情境信
息及实验设计等体现综合能力比较强的一类简答题。
1
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1.注意题干中的细节信息：
例如：(1)若题干中给出的信息是叶绿体吸收CO2或叶绿体释放O2的量,则该数据为总光合速
率。
(2)整株绿色植物净光合速率为0 时,叶肉细胞的光合作用强度大于细胞呼吸强度。
2.做题中要注意“关键词”来研究总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
（1）总(真正)光合速率
①用CO2的量来衡量：“同化”、“固定”或“消耗”
②用O2的量来衡量：“产生”或“制造”
③用有机物的量来衡量：“产生”、“合成”或“制造”
（2）净(表观)光合速率
①用CO2的量来衡量：“吸收”、“减少”
②用O2的量来衡量：“释放”或“增加”
③用有机物的量来衡量：“积累”、“增加”或“净产生”
3.真正光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率
4.影响光饱和点的环境因素有温度、CO2浓度，内因有叶绿体中色素含量、酶的含量、酶
的活性等
例1（2023·广东·统考高考真题）光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时，
水稻野生型（WT）的产量和黄绿叶突变体（ygl）的产量差异不明显，但在高密度栽培条件
下ygl 产量更高，其相关生理特征见下表和图。（光饱和点：光合速率不再随光照强度增加
时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强
度。
水稻材
料
叶绿素（mg/g）
类胡萝卜素（mg/g）
类胡萝卜素/叶绿素
WT
4.08
0.63
0.15
ygl
1.73
0.47
0.27
2
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分析图表，回答下列问题：
(2)光照强度逐渐增加达到2000μmol m-2 s-1时，ygl 的净光合速率较WT 更高，但两者净光合
速率都不再随光照强度的增加而增加，比较两者的光饱和点，可得ygl WT（填“高
于”、“低于”或“等于”）。ygl 有较高的光补偿点，可能的原因是叶绿素含量较低和
。
(3)与WT 相比，ygl 叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl 群
体的净光合速率较高，表明该群体 ，是其高产的原因之
一。
(4)试分析在0~50μmol m-2 s-1范围的低光照强度下，WT 和ygl 净光合速率的变化，在给出的
坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上，分析图a 和你绘制的曲线，比较高光照强
度和低光照强度条件下WT 和ygl 的净光合速率，提出一个科学问题
。
【答案】(2) 高于 呼吸速率较高
3
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（4）
为什么在低光照强度下，WT 的净光合速率大于ygl，而在高光照强度下，WT 的净光合速
率小于ygl
【分析】（2）光照强度逐渐增加达到2000μmol m-2 ·s-1 时，ygl 的净光合速率较WT 更高，
但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，说明WT 更早到达饱和点。光补偿点是
光合速率等于呼吸速率的光照强度，据图b 和图c 可知，ygl 有较高的光补偿点是因为叶绿素
含量较低导致相同光照强度下光合速率较低，且由图c 可知ygl 呼吸速率较高。
（4）结合图b 和c 在图中找到WT 的光照为0 时呼吸的点为0.6，光补偿点为15 即净光合为
零时光照强度为15umol·m-2·s-1，同理找到ygl 的光照为0 时的1.0，光补偿点为
30umol·m-2·s-1，注意曲线上只画曲线上升走向，在0~50μmol m-2 s-1 范围的低光照强度下，
达不到饱和点，所以标注出WT 和ygl 的净光合速率如下图：
分析图a 和图示曲线，高光照强度和低光照强度条件下WT 和ygl 的净光合速率不同，根据两
图可提出问题：为什么在低光照强度下，WT 的净光合速率大于ygl，而在高光照强度下，
WT 的净光合速率小于ygl？
例2（2023·辽宁·统考高考真题）花生抗逆性强，部分品种可以在盐碱土区种植。下图是四个
品种的花生在不同实验条件下的叶绿素含量相对值（SPAD）（图1）和净光合速率（图
2）。回答下列问题：
4
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(3)在光照强度为500μmol·m2·s¹、无NaCl 添加的条件下，LH12 的光合速率
（填
“大于”“等于”或“小于"）HH1 的光合速率，判断的依据是
。在光照强度为1500μmolm2·s-1、
NaCl 添加量为3．0g·kg¹ 的条件下，HY25 的净光合速率大于其他三个品种的净光合速率，原
因可能是HY25 的
含量高，光反应生成更多的
，促进了暗反应进行。
【答案】大于 在光照强度为500μmol·m-2·s-1、无NaCl 添加的条件下，LH12 的净光合速
率和HH1 的净光合速率相同，但由于前者的呼吸速率大于后者，且总光合速率等于净光合速
率和呼吸速率之和 叶绿素 ATP 和NADPH
【分析】（3）在光照强度为500μmol·m-2·s-1、无NaCl 添加的条件下，LH12 的净光合速率和
HH1 的净光合速率相同，但由于前者的呼吸速率大于后者，且总光合速率等于净光合速率和
呼吸速率之和，因此可以判断，LH12 的光合速率大于HH1 的光合速率。在光照强度为
1500μmolm-2·s-1、NaCl 添加量为3．0g·kg¹ 的条件下，HY25 的净光合速率大于其他三个品种
的净光合速率，原因可能是HY25 的叶绿素含量高与其他三个品种，光反应生成更多的ATP
和NADPH，进而促进了暗反应进行，提高了光合速率。
1.通过研究遮阴对花生光合作用的影响，为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果
实成熟，每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。
处理
指标
光饱和
点
（klx）
光补偿
点
（lx）
低于5klx 光合
曲线的斜率
（mgCO2．
dm-2．hr-1．
klx-1）
叶绿素含量
（mg·dm-2
）
单株光合
产量
（g 干
重）
单株叶光
合产量
（g 干
重）
单株果实
光合产量
（g 干
重）
5
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不遮阴
40
550
1.22
2.09
18.92
3.25
8.25
遮阴2 小时
35
515
1.23
2.66
18.84
3.05
8.21
遮阴4 小时
30
500
1.46
3.03
16.64
3.05
6.13
注：光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的
曲线。
回答下列问题：
(1)从实验结果可知，花生可适应弱光环境，原因是在遮阴条件下，植株通过增加
，提高吸收光的能力；结合光饱和点的变化趋势，说明植株在较低光强度下也能达到最大的
；结合光补偿点的变化趋势，说明植株通过降低 ，使其在较低的光强度下就开始
了有机物的积累。根据表中 的指标可以判断，实验范围内，遮阴时间越长，植株
利用弱光的效率越高。
【答案】(1) 叶绿素含量 光合速率 呼吸速率 低于5klx 光合曲线的斜率
【详解】（1）从表中数据可以看出，遮阴一段时间后，花生植株的叶绿素含量在升高，提高
了对光的吸收能力。光饱和点在下降，说明植株为适应低光照强度条件，可在弱光条件下达
到饱和点。光补偿点也在降低，说明植物的光合作用下降的同时呼吸速率也在下降，以保证
植物在较低的光强下就能达到净光合大于0 的积累效果。
低于5klx 光合曲线的斜率体现弱光条件下与光合速率的提高幅度变化，在实验范围内随遮阴
时间增长，光合速率提高幅度加快，故说明植物对弱光的利用效率变高。
2.图1 所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系（①～⑦表示代谢途径）。Rubisco 是光合
作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合
成糖；C5氧化则产生乙醇酸（C2），C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化
循环。请都图回各下列问题
6
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(3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0 和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度
的变化，获得曲线a、b（图Ⅱ）。
②曲线b，当时间到达t2点后，室内CO2浓度不再改变，其原因是 。
【答案】光合作用强度等于呼吸作用
【详解】b 曲线有光照后t1～t2时段CO2下降最后达到平衡，说明光呼吸细胞呼吸和光合作用
达到了平衡。
3.将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某
水稻品种在光照强度为8～10μmol/（s·m2）时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量;日
照时长短于12 小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1 天后，播
种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35℃/25℃，光照强度为
2μmol/（s·m2），每天光照时长为14 小时。回答下列问题:
(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10μmol/（s·m2），其他条件与上述实
验相同，该水稻 （填“能”或“不能”）繁育出新的种子，理由是
（答出两点即可）。
【答案】 不能 光照强度为10μmol/(s•m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14 小时，
此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，故全天没有有机物积累；
且每天光照时长大于12 小时，植株不能开花
【详解】（2）将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10μmol/(s•m2)，等于光补
偿点，每天光照时长为14 小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有
机物，且每天光照时长大于12 小时，植株不能开花，因此该水稻不能繁育出新的种子。
4.不同条件下植物的光合速率和光饱和点（在一定范围内，随光照强度的增加，光合速率增
大，达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点）不同，研究证实高浓度臭氧（O3）对植
物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75 天，在第55 天、65 天、
75 天分别测定植物净光合速率，结果如图1、图2 和图3 所示。
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【注】曲线1：甲对照组，曲线2：乙对照组，曲线3：甲实验组，曲线4：乙实验组。
回答下列问题：
(1)图1 中，在高浓度O3处理期间，若适当增加环境中的CO2浓度，甲、乙植物的光饱和点会
（填“减小”、“不变”或“增大”）。
【答案】(1)增大
【分析】光饱和点：在一定范围内，随光照强度的增加，光合速率增大，达到最大光合速率
时的光照强度为光饱和点。影响光饱和点的环境因素有温度、CO2 浓度，内因有叶绿体中色
素含量、酶的含量、酶的活性等。
【详解】（1）限制光饱和点的环境因素有温度、CO2 浓度，图1 中，在高浓度O3 处理期间，
当光照强度增大到一定程度时，净光合速率不再增大，出现了光饱和现象，若适当增加环境
中的CO2 浓度，甲、乙植物的光饱和点会增大。
考向2 光合作用过程的判断
1.光合作用过程
（1）光反应阶段：场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP 和NADPH 的生成；
光反应阶段：必须有光才能进行，反应部位在类囊体的薄膜上。在这个阶段，叶绿体中光合
色素吸收的光能首先将水分解成氧和H+。其中氧以分子形式氧气释放，H+与NADP+结合，形
成NADPH。NADPH 是活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应。光合色素吸收的另一部
分光能，在酶的作用下，使ADP 与Pi 反应形成ATP，用于暗反应。
（2）暗反应阶段：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。
暗反应阶段：需要多种酶参与，在有光、无光的条件下均可进行，反应部位在叶绿体基质中。
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这个阶段绿叶通过气孔从外界吸收CO2，在特定酶（CO2固定酶）的作用下与C5（一种五碳
化合物）结合，这个过程叫作CO2的固定。一分子的CO2被固定后，很快形成两个C3。在酶
的作用下C3 接受ATP 和NADPH 释放的能量，并且被NADPH 还原，一部分接受能量并被还
原的C3 经过一系列酶的作用转化为糖类，另一些接受能量被还原的C3 又形成C5，参与CO2
的固定。暗反应的实质是同化CO2，将活跃的化学能转化为稳定的化学能，储存在有机物中。
2.绿叶中色素的提取和分离实验
提取色素时需要加入无水乙醇（溶解色素）、石英砂（使研磨更充分）和碳酸钙（防止色素
被破坏）；分离色素时采用纸层析法，原理是色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩
散的速度不同，最后的结果是观察到四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素（橙黄色）、叶
黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）。
3.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。
(1)光合作用产生的H+不同于细胞呼吸产生的[H],其中光合作用产生的H+与氧化型辅酶
Ⅱ(NADP+)结合形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH),细胞呼吸产生的[H]是指氧化型辅酶Ⅰ(NAD+)
转化成的还原型辅酶Ⅰ(NADH)。
(2)在光反应中,水分解为氧和H+的同时,被叶绿体夺去两个电子。电子经传递,可用于
NADP+与H+结合形成NADPH。
(3)在暗反应中,NADPH 既作为还原剂,也能为C3的还原提供能量。
(4)光反应产生的ATP 主要用于C3的还原。
例1（2023·全国·统考高考真题）植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。
保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭，保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作
用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K⁺．有研究发现，用饱和红光
（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度
可达最大开度的60%左右。回答下列问题。
(2)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是 。
(3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他
们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究
小组得出这一结论的依据是 。
【答案】
(2)叶绿体中的叶绿素对红光有较高的吸收峰值，红光照射下保卫细胞进行光合作用制造有机
物，使保卫细胞的渗透压上升，细胞吸水膨胀，气孔开放
(3)蓝光作为信号能促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，使保卫细胞渗透压上升，细胞吸水膨
胀，气孔张开
【详解】
9
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（2）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。红光照射下保卫细胞进行光合作用制造的有机物，使细
胞的渗透压，促进保卫细胞吸水，细胞体积膨涨，气孔开放。
（3）题中显示，蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+，提高了细胞的渗透
压，保卫细胞吸水能力增强，体积膨大，气孔开放，因此，在饱和红光的基础上补加蓝光照
射叶片，气孔开度可进一步增大。
例2（2023·全国·统考高考真题）某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该
叶绿体悬浮液照光后糖产生。回答下列问题。
(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分
离，可以采用的方法是 （答出1 种即可）。叶绿体中光合色素分布
上，其中类胡萝卜素主要吸收 （填“蓝紫光”“红光”或“绿光”）。
(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产
生糖，原因是 。
【答案】(1) 差速离心 类囊体（薄）膜 蓝紫光
(2)悬液中具有类囊体膜以及叶绿体基质暗反应相关的酶，但黑暗条件下，光反应无法进行，
暗反应没有光反应提供的原料ATP 和NADPH，所以无法形成糖类。
【详解】（1）植物细胞器的分离方法可用差速离心法，叶绿体中的光合色素分布在类囊体膜
上，光合色素叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
（2）光合作用光反应和暗反应同时进行，黑暗条件下无光，光反应不能进行，无法为暗反应
提供原料ATP 和NADPH，暗反应无法进行，产物不能生成。
例3（2023·海南·高考真题）海南是我国火龙果的主要种植区之一、由于火龙果是长日照植物，
冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，
提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，
结果如图。
回答下列问题。
(1)光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是 ；用纸层析法
分离叶绿体色素获得的4 条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色
素的色素带位于第 条。
(2)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是 ，该光源的最佳补光时间
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是 小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是
。
【答案】(1)叶绿素（或叶绿素a 和叶绿素b） 一和二
(2) 红光+蓝光 6 不同的补光时间条件下，红光+蓝光光源组平均花朵数均最多
【详解】（1）火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是叶绿素a 和叶绿素b，二者统
称为叶绿素。用纸层析法分离叶绿体色素获得的4 条色素带中，以滤液细线为基准，按照自
下而上的次序，该光合色素的色素带位于第一条和第二条。
（2）根据实验结果，三种补光光源中最佳的是红光+蓝光，因为在不同补光时间条件下，红
光+蓝光组平均花朵数都最多，该光源的补光时间是6 小时/天时，平均花朵数最多，所以最
佳补光时间是6 小时/天。
1.叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”，果实是储存有机物的“库”。现以某植物为
材料研究不同库源比（以果实数量与叶片数量比值表示）对叶片光合作用和光合产物分配的
影响，实验结果见表1。
表1
项目
甲组
乙组
丙组
处理
库源比
1/2
1/4
1/6
单位叶面积叶绿素相对含量
78.7
75.5
75.0
净光合速率（μmol·m－2·s－1）
9.31
8.99
8.75
果实中含13C 光合产物（mg）
21.96
37.38
66.06
单果重（g）
11.81
12.21
19.59
注：①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1 个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6 片成熟叶，
用13CO2 供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率：单位时间单位叶面积从外界
环境吸收的13CO2 量。
回答下列问题：
(1)叶片叶绿素含量测定时，可先提取叶绿体色素，再进行测定。提取叶绿体色素时，选择乙
醇作为提取液的依据是 。
(2)研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应13CO2，13CO2 先与叶绿体内的
结合而被固定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的 中的化学
能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中，选用13CO2 的原因有
（答出2 点即可）。
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(3)分析实验甲、乙、丙组结果可知，随着该植物库源比降低，叶净光合速率 （填
“升高”或“降低”）、果实中含13C 光合产物的量 （填“增加”或“减少”）。
库源比降低导致果实单果重变化的原因是 。
【答案】(1)叶绿体中的色素易溶于无水乙醇
(2)
ATP 和NADPH CO2 是光合作用的原料；13C 可被仪器检测
(3) 降低 增加 库源比降低，植株总的叶片光合作用制造的有机物增多，
运输到单个果实的有机物量增多，因此单果重量增加。
【分析】本题研究研究不同库源比（以果实数量与叶片数量比值表示）对叶片光合作用和光
合产物分配的影响，自变量为库源比，即以果实数量与叶片数量比值；因变量为光合作用以
及光合产物分配情况。
【详解】（1）叶绿体中的色素易溶于无水乙醇，因此用乙醇作为提取液；
（2）研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应13CO2，13CO2先与叶绿体内的
结合而被固
定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的ATP 和NADPH 中的化学能，合成的糖分子运
输到果实等库中。
在本实验中，选用13CO2的原因是CO2是光合作用的原料；13C 可被仪器检测 。
(3)分析实验甲、乙、丙组结果可知，随着该植物库源比降低，叶净光合速率降低；
果实中含
光合产物的量增多；
库源比降低导致果实单果重变化的原因是植株总的叶片光合作用制造的有机物增多，运输到
单个果实的有机物量增多，因此单果重量增加。
2.植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2 浓度等因素。不同光
质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜幼苗
干重的影响如图乙所示。分组如下：CK 组（白光）、A 组（红光：蓝光=1：2）、B 组（红
光：蓝光=3：2）、C 组（红光：蓝光=2：1），每组输出的功率相同。
12
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回答下列问题：
(2)由图乙可知，A、B、C 组的干重都比CK 组高，原因是
。由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为 ，最有利于生菜产量的提高，原因是
。
【答案】(2)光合色素主要吸收红光和蓝紫光 红光：蓝光=3：2 叶绿素和含氮物质
的含量最高,光合作用最强
【详解】（2）分析图乙可知，与CK 组相比，A、B、C 组的干重都较高。结合题意可知，
CK 组使用的是白光照射，而A、B、C 组使用的是红光和蓝紫光，光合色素主要吸收红光和
蓝紫光，故A、B、C 组吸收的光更充分，光合作用速率更高，积累的有机物含量更高，植物
干重更高。由图乙可知，当光质配比为B 组（红光：蓝光=3：2）时，植物的干重最高；结合
图甲可知，B 组植物叶绿素和氮含量都比A 组（红光：蓝光=1：2）、C 组（红光：蓝光=2：
1）高，有利于植物充分吸收光能用于光合作用，即B 组植物的光合作用速率大于A 组（红
光：蓝光=1：2）、C 组（红光：蓝光=2：1）两组，有机物积累量最高，植物干重最大，最
有利于生菜产量的增加。
3.光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时，水稻野生型（WT）的产量和
黄绿叶突变体（ygl）的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl 产量更高，其相关生理
特征见下表和图。（光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光
合过程中吸收的CO2 与呼吸过程中释放的CO2 等量时的光照强度。
水稻材
料
叶绿素（mg/g）
类胡萝卜素（mg/g）
类胡萝卜素/叶绿素
WT
4.08
0.63
0.15
ygl
1.73
0.47
0.27
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分析图表，回答下列问题：
(1)ygl 叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和 ，叶片主要吸收可见光中的 光。
【答案】(1) 类胡萝卜素/叶绿素比例上升 红光和蓝紫
【详解】（1）根据表格信息可知，ygl 植株叶绿素含量较低且类胡萝卜素/叶绿素比值比较高，
故叶片呈现出黄绿色。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，由ygl
叶色呈黄绿可推测，主要吸收红光和蓝紫光。
4.花生抗逆性强，部分品种可以在盐碱土区种植。下图是四个品种的花生在不同实验条件下
的叶绿素含量相对值（SPAD）（图1）和净光合速率（图2）。回答下列问题：
(1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 ，主要吸收 光，可用
等有机溶剂从叶片中提取。
【答案】(1) 叶绿素a 和叶绿素b 红光和蓝紫 无水乙醇
【详解】（1）花生叶肉细胞中的叶绿素包括叶绿素a 和叶绿素b，主要吸收红光和蓝紫光，
可用无水乙醇等有机溶剂从叶片中提取，因为叶片中的色素能溶解到有机溶剂中。
5.不同光质及其组合会影响植物代谢过程。以某高等绿色植物为实验材料，研究不同光质对
植物光合作用的影响，实验结果如图1，其中气孔导度大表示气孔开放程度大。该高等植物
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叶片在持续红光照射条件下，用不同单色光处理（30s/次），实验结果如图2，图中“蓝光
+绿光”表示先蓝光后绿光处理，“蓝光+绿光+蓝光”表示先蓝光再绿光后蓝光处理。
回答下列问题：
(1)高等绿色植物叶绿体中含有多种光合色素，常用 方法分离。光合色素吸收
的光能转化为ATP 和NADPH 中的化学能、可用于碳反应中 的还原。
(2)据分析，相对于红光，蓝光照射下胞间CO2 浓度低，其原因是
。气孔主要由保卫细胞构成、保卫细胞吸收水分气孔开放、反之关
闭，由图2 可知，绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用，但这种作用可被
光逆转。由图1 图2 可知蓝光可刺激气孔开放，其机理是蓝光可使保卫细胞光合产物增多，
也可以促进K+、Cl-的吸收等，最终导致保卫细胞 ，细胞吸水，气孔开放。
(3)生产上选用 LED 灯或滤光性薄膜获得不同光质环境，用于某些药用植物的
栽培。红光和蓝光以合理比例的 或 、合理的光照次序照射，
利于次生代谢产物的合成。
【答案】(1)层析 3-磷酸甘油酸
(2)光合速率大，消耗的二氧化碳多 蓝 溶质浓度升高
(3)不同颜色 光强度 光照时间
【详解】（1）各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。溶解度大，扩散速度
快；溶解度小，扩散速度慢，所以常用纸层析法分离光合色素。光合色素吸收的光能通过光
反应过程转化为ATP 和NADPH 中的化学能，用于碳反应中3-磷酸甘油酸的还原，将能量转
移到有机物中。
（2）据图1 分析，相对于红光，蓝光照射下胞间CO2 浓度低，其原因是蓝光照射下尽管气
孔导度大，但光合速率大，消耗的二氧化碳多。分析图2 可知，绿光对蓝光刺激引起的气孔
开放具有阻止作用，但这种作用又可被蓝光逆转，并且先蓝光再绿光后蓝光处理的效果比只
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用蓝光刺激更明显。由图1 图2 可知蓝光可刺激气孔开放，其机理是蓝光可使保卫细胞光合
产物增多，也可以促进K+、Cl-的吸收等，最终导致保卫细胞溶质浓度升高，细胞吸水膨胀，
内侧膨胀的多，气孔侧内陷，气孔开放。
（3）生产上选用不同颜色的LED 灯或滤光性薄膜可获得不同光质环境，用于某些药用植物
的栽培。红光和蓝光以合理比例的光强度或光照时间、合理的光照次序照射，利于提高光合
速率，利于次生代谢产物的合成。
6.某品种茶树叶片呈现阶段性白化：绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色，而后又恢复
为绿色。白化期叶绿体内部结构解体（仅残留少量片层结构）。阶段性白化过程中相关生理
指标检测结果如下图。回答下列问题：
(1)从叶片中分离叶绿体可采用 法。
(2)经检测，白化过程中叶绿体合成ATP 和NADPH 的数量显著降低，其原因是
（写出两点即可）。
(3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2 的需求，又有助于减少
。
(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于
中的基因编码，通过特定的机制完成跨膜运输：其余蛋白质由存在于 中的基
因编码。
【答案】(1)差速离心
(2)叶绿体内部结构解体；光合色素减少
(3)水分的散失
(4)细胞核 叶绿体
【详解】（1）叶绿体属于细胞器，根据不同细胞器的密度不同，可用差速离心法从叶片中分
离叶绿体。
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（2）光合作用的光反应过程可产生NADPH 和ATP，该过程需要叶绿体类囊体薄膜上叶绿素
的参与，据题意可知，白化期叶绿体内部结构解体，叶绿体类囊体薄膜减少，且白化过程中
叶绿素等光合色素减少，光反应减慢，故白化过程中叶绿体合成ATP 和NADPH 的数量显著
降低。
（3）白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2 的需求，又有助于减少水分的
散失，利于植物的生存。
（4）叶绿体属于半自主性细胞器，其中蛋白质的合成主要受到细胞核基因的编码，合成后经
特定机制完成跨膜运输；其余蛋白质由存在于细胞质中（叶绿体）的基因编码。
7.浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起，形成大量的“藻席”，造成生态灾
害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系，进行如下实验：
Ⅰ．光合色素的提取、分离和含量测定
(1)在“藻席”的上、中、下层分别选取浒苔甲为实验材料，提取、分离色素，发现浒苔甲的
光合色素种类与高等植物相同，包括叶绿素和 。在细胞中，这些光合色
素分布在 。
【答案】(1) 类胡萝卜素 叶绿体的类囊体薄膜/类囊体薄膜
【详解】（1）浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同，高等植物的光合色素包括叶绿素和类
胡萝卜素。叶绿素包括叶绿素a 和叶绿素b；类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素。在细胞中，
这些光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。
考向3 C3、C4、CAM 植物及光呼吸
自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2 的固定途径不同可以分为C3、C4 和
CAM 三种类型。
1.C3 途径
也称卡尔文循环[固定CO2 的初产物是三碳化合物(C3)]，整个循环由RuBP(C5)与CO2 的羧化
开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见
C3 植物有大麦、小麦、大豆、水稻、马铃薯等。
2.C4 途径
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（1）[固定CO2 的初产物是四碳化合物(C4)]研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞
和叶肉细胞紧密排列(如图1)。
（2）叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2 被整合到C4 化合物中，随后
C4 化合物进入维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞中，C4 化合物释放出的CO2 参与卡尔文循环，
进而生成有机物(如图2)。
PEP 羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它对CO2的亲和力约是Rubisco 的60 倍，所以C4 植物
能利用叶肉细胞间隙含量很低的CO2 进行光合作用，反应的空间分离导致维管束鞘细胞中
CO2浓度比叶肉细胞增加10 倍，从而确保在CO2受限的条件下进行高效地碳固定。C4 植物通
常生长在强光环境中，光合作用速率在所有植物中最高，如玉米、甘蔗、高粱等
3.CAM 途径
在CAM 植物中，碳捕获和固定的反应在时间上是分离的。首先，在晚上(此时蒸腾速率低)捕
获CO2，然后转变成苹果酸存储在液泡中。到了白天，气孔关闭，苹果酸脱羧，使得叶绿体
中Rubisco 周围CO2浓度升高。大量的苹果酸存储需要更大的液泡和细胞，因此CAM 植物一
般具有肉质的茎叶。常见的CAM 植物有仙人掌、芦荟、龙舌兰、长药景天、菠萝等。
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4.光呼吸
光呼吸是所有进行光合作用的细胞(该处“细胞”包括原核生物和真核生物，但并非所有这些
细胞都能进行完整的光呼吸)在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。该过程以
光合作用的中间产物为底物，吸收氧、释放二氧化碳。
（1）光呼吸的起因
二氧化碳和氧气竞争性地与Rubisco 结合，当二氧化碳浓度高时，Rubisco 催化RuBP 与二氧
化碳形成两分子C3 进行卡尔文循环；当氧气浓度高时，Rubisco 催化RuBP 与氧气形成1 分
子C3 和1 分子磷酸乙醇酸(C2)，其中C3 进入卡尔文循环，而磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成
乙醇酸，乙醇酸就离开叶绿体，走上了光呼吸的征途，这条路艰难而曲折，有害也有利。基
本过程如图所示。
比较项目光呼吸
暗呼吸(有氧呼吸)
底物
乙醇酸
糖、脂肪、蛋白质等
发生部位叶绿体、过氧化物酶体、线粒体细胞质基质、线粒体
反应条件光照
光或暗都可以
能量
消耗能量(消耗ATP 和NADPH)
产生能量
共同点
消耗氧气，放出二氧化碳
例1.（2022·全国·高考真题）根据光合作用中CO2 的固定方式不同，可将植物分为C3 植物和
C4 植物等类型。C4 植物的CO2 补偿点比C3 植物的低。CO2 补偿点通常是指环境CO2 浓度
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降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2 浓度。回答下列问题。
(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4 植物比C3 植物生长得好。
从两种植物CO2 补偿点的角度分析，可能的原因是
。
【答案】
(3)C4 植物的CO2 补偿点低于C3 植物，C4 植物能够利用较低浓度的CO2
【分析】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[H]
的作用下还原生成糖类等有机物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。
【详解】
（2）C4 植物的CO2 固定途径有C4 和C3 途径，其主要的CO2 固定酶是PEPC，Rubisco；而
C3 植物只有C3 途径，其主要的CO2 固定酶是Rubisco。干旱会导致气孔开度减小，CO2 吸
收减少；由于C4 植物的CO2 补偿点低于C3 植物，则C4 植物能够利用较低浓度的CO2，因
此光合作用受影响较小的植物是C4 植物，C4 植物比C3 植物生长得好。
例2.图1 所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系（①～⑦表示代谢途径）。Rubisco 是光
合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2
合成糖；C5氧化则产生乙醇酸（C2），C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧
化循环。请都图回各下列问题：
(3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0 和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度
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的变化，获得曲线a、b（图Ⅱ）。
①曲线a，0～t1时（没有光照，只进行呼吸作用）段释放的CO2源于呼吸作用；t1～t2时段，
CO2的释放速度有所增加，此阶段的CO2源于 。
【答案】(3) 光呼吸和呼吸作用 光合作用强度等于呼吸作用
【解析】（3）a 曲线t1～t2 时段，有光照，所以CO2 是由细胞呼吸和光呼吸共同产生。
1.下图是C3植物和C4植物光合作用暗反应示意图,据图回答下列问题:
(1)绿色植物进行光合作用时,光反应产生的 在图示 (用图
中文字表示)过程中被利用,科学家发现此过程时用到的研究方法为 。已
知玉米植株叶肉细胞的叶绿体不是光合作用暗反应的场所,由此推测玉米为 (填
“C3”或“C4”)植物。
(2)据图可知,与C3植物相比,C4植物细胞中所具备的 对CO2具有很强的亲和力,
能催化CO2和C3结合,从而把大气中浓度很低的CO2固定下来。C4会集中到
中供植株利用。
(2)C4植物叶片的维管束鞘薄壁细胞中含有许多没有基粒的叶绿体,而叶肉细胞内含有正常的叶
绿体,推测C4植物光反应的场所为 细胞。维管束鞘薄壁细胞与其邻近的叶肉细胞之
间由大量的胞间连丝相连,其作用是 。当C3植物的
RuBP 羧化酶活性突然下降时,细胞中的ATP 含量会 (填“增加”或“减少”),原因
是
。
【答案】1．(1)ATP 和[H] 卡尔文循环 同位素标记法 C4
(2) PEP 羧化酶 维管束鞘细胞内的叶绿体
(3)叶肉 实现细胞间的物质交换和信息交流（合理即可） 增加 RuBP 羧化酶活
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性下降时，C3生成量减少，ATP 消耗量减少，因此ATP 含量增加
【分析】光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生[H]与氧气，
以及ATP 的形成。光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成
C3，C3在光反应提供的ATP 和[H]的作用下还原生成有机物。
(1)绿色植物进行光合作用时，光反应产生的ATP 和[H]在图示卡尔文循环过程中被利用，卡
尔文循环过程是科学家利用同位素标记法发现的。据图可知，C4植物暗反应的场所为叶肉细
胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体，而玉米暗反应过程的场所与图示的C4植物相同，
因此玉米属于C4植物。
(2)据图可知，与C3植物相比，C4植物叶肉细胞中所的PEP 羧化酶对CO2具有很强的亲和力，
可以把大气中浓度很低的CO2固定下来，并集中到维管束鞘细胞内的叶绿体中被利用，因而
提高了光合作用效率。
(3)C4植物叶片的维管束鞘薄壁细胞中含有许多没有基粒的叶绿体，叶肉细胞内含有正常的叶
绿体，而光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜（或基质）上，据此推测C4植物光反应的场所
为叶肉细胞。维管束鞘薄壁细胞与其邻近的叶肉细胞之间有大量的胞间连丝相连，这为实现
细胞间的物质交换和信息交流提供了专门的通道，从而实现了细胞间的物质交换和信息交流。
当C3植物的RuBP 羧化酶活性突然下降时，则二氧化碳的固定速率下降，C3生成量减少，因
此ATP 消耗量减少，而光反应速率基本不变，即还原氢和ATP 的生成速率基本不变，因此
ATP 含量增加。
2.(2021·山东卷)光照条件下,叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应
释放CO2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CO2量表示,SoBS 溶液处理对叶片
呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS 浓度/(mg·L-1)0
100 200 300 400 500 600
光合作用强度/
(CO2μmol·m2·s-1)
18.920.920.718.717.616.515.7
光呼吸强度/
(CO2μmol·m2·s-1)
6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
(1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的 中。正常进行光合作用的水稻,
突然停止光照,叶片CO2释放量先增加后降低,CO2释放量增加的原因是
。
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(2)与未喷施SoBS 溶液相比,喷施100 mg·L-1SoBS 溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所
需的光照强度 (填“高”或“低”),据表分析,原因是
。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物,农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。
为探究SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度,据表分析,应在 mg·L-1之间再设置多个浓
度梯度进一步进行实验。
【答案】（1） 基质 光照停止，光合作用吸收二氧化碳减少，但呼吸作用和光呼吸短时
间内正常进行，导致二氧化碳释放量增加，随后光呼吸停止，使二氧化碳释放量降低
（2）低 喷施 SoBS 溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶
片光照下CO2吸收量增加，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等
（3）100～300
【分析】题意分析，光呼吸会抑制暗反应，光呼吸会产生CO2。向水稻叶面喷施不同浓度的
光呼吸抑制剂 SoBS 溶液后由表格数据可知，光合作用的强度随着SoBS 浓度的增加出现先
增加后下降的现象。
【详解】（1）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。突然停止
光照，光合作用吸收二氧化碳减少，但呼吸作用和光呼吸短时间内正常进行，导致二氧化碳
释放量增加，随后光呼吸停止，使二氧化碳释放量降低。
（2）叶片光下吸收和黑暗中释放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/L SoBS 溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片光照
下CO2吸收量增加，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等。
（3）光呼吸会消耗有机物，但光呼吸会释放CO2，补充光合作用的原料，适当抑制光呼吸可
以增加作物产量，由表可知，在 SoBS 溶液浓度为200mg/L SoBS 时光合作用强度与光呼吸强
度差值最大，即光合产量最大，为了进一步探究最适喷施浓度，应在100～300mg/L 之间再设
置多个浓度梯度进一步进行实验。
【点睛】本题着重考查了光合作用的影响因素等方面的知识，意在考查考生能识记并理解所
学知识的要点，把握知识间的内在联系，形成一定知识网络的能力，并且具有一定的分析能
力和理解能力。
考向4 呼吸作用过程及方式判断模型
有氧呼吸可以概括地分为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的酶催化。
第一阶段：
1 分子的葡萄糖分解成2 分子的丙酮酸，产生少量的NADH，并且释放出少量的能量。不需
要氧的参与，是在细胞质基质中进行的。
第二个阶段：
丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和NADH,并释放出少量的能量。这一阶段不需要氧直接参与，
是在线粒体基质中进行的。
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第三个阶段:上述两个阶段产生的NADH，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水，同时
释放出大量的能量。这一阶段需要氧的参与，是在线粒体内膜上进行的。
这类题不会简单的考呼吸作用，综合考察了有氧呼吸过程、基因的表达、物质的运输等内容，
要求考生能结合所学内容，正确分析题图，并能在新的情景中正确运用所学知识，意在考查
考生获取信息并利用信息分析问题的能力。
相关物质间量的比例关系(说明:以葡萄糖为底物,此处的量指物质的量)
1.CO2释放总量=有氧呼吸释放CO2的量+无氧呼吸释放CO2的量。
2.O2吸收量=有氧呼吸释放CO2的量。
3.酒精产生量=无氧呼吸释放CO2的量。
4.有氧呼吸时,C6H12O6 O
∶
2 CO
∶
2=1 6 6
∶∶。
5.无氧呼吸时,C6H12O6 CO
∶
2∶酒精=1 2 2
∶∶或葡萄糖∶乳酸=1 2∶。
6.消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量,有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无
氧呼吸产生的CO2之和=3 4∶。
7.产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量,无氧呼吸∶有氧呼吸=3 1∶。
例1.（2022·全国·统考高考真题）农业生产中，农作物生长所需的氮素可以
的形式由根系
从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收
的速率与O2 浓度的关系如图所
示。回答下列问题。
(1)由图可判断
进入根细胞的运输方式是主动运输，判断的依据是
。
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(2)O2 浓度大于a 时作物乙吸收
速率不再增加，推测其原因是
。
(3)作物甲和作物乙各自在
最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于作物乙，判断
依据是 。
(4)据图可知，在农业生产中，为促进农作物对
的吸收利用，可以采取的措施是
。
【答案】(1)主动运输需要呼吸作用提供能量，O2浓度小于a 点，根细胞对
的吸收速率与
O2浓度呈正相关
(2)主动运输需要载体蛋白，此时载体蛋白数量达到饱和
(3)甲的
最大吸收速率大于乙，甲需要能量多，消耗O2多
(4)定期松土
【分析】根据物质运输的方向以及运输过程中是否需要能量，将物质跨膜运输分为被动运输
和主动运输，其中主动运输为逆浓度方向运输，需要载体蛋白和能量的供应。曲线图分析，
当氧气浓度小于a 时，影响根细胞吸收NO3－的因素是能量，当氧气浓度大于a 时，影响根细
胞吸收NO3－的因素是载体蛋白的数量。
【详解】（1）主动运输是低浓度向高浓度运输，需要能量的供应、需要载体蛋白协助，由图
可知，当氧气浓度小于a 点时，随着O2浓度的增加，根细胞对NO3－ 的吸收速率也增加，说
明根细胞吸收NO3－需要能量的供应，为主动运输。
（2）主动运输需要能量和载体蛋白，呼吸作用可以为主动运输提供能量，O2浓度大于a 时作
物乙吸收NO3－的速率不再增加，能量不再是限制因素，此时影响根细胞吸收NO3－速率的因
素是载体蛋白的数量，此时载体蛋白数量达到饱和。
（3）曲线图分析，当甲和乙根细胞均达到最大的NO3－的吸收速率时，甲的NO3－最大吸收速
率大于乙，说明甲需要能量多，消耗O2多，甲根部细胞的呼吸速率大于作物乙。
（4）在农业生产中，为了促进根细胞对矿质元素的吸收，需要定期松土，增加土壤中的含氧
量，促进根细胞的有氧呼吸，为主动运输吸收矿质元素提供能量。
例2.（2022·天津·高考真题）利用蓝细菌将CO2转化为工业原料，有助于实现“双碳”目标。
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(1)蓝细菌是原核生物，细胞质中同时含有ATP、NADPH、NADH（呼吸过程中产生的[H]）
和丙酮酸等中间代谢物。ATP 来源于 和 等生理过程，为各项生命
活动提供能量。
(2)蓝细菌可通过D—乳酸脱氢酶（Ldh），利用NADH 将丙酮酸还原为D—乳酸这种重要的
工业原料。研究者构建了大量表达外源Ldh 基因的工程蓝细菌，以期提高D—乳酸产量，但
结果并不理想。分析发现，
是由于细胞质中的NADH 被大量用于 作用产生ATP，无法为Ldh 提供
充足的NADH。
(3)蓝细菌还存在一种只产生ATP 不参与水光解的光合作用途径。研究者构建了该途径被强化
的工程菌K，以补充ATP 产量，使更多NADH 用于生成D—乳酸。测定初始蓝细菌、工程菌
K 中细胞质ATP、NADH 和NADPH 含量，结果如下表。
注：数据单位为pmol∕OD730
菌株
ATP
NADH
NADPH
初始蓝细
菌
626
32
49
工程菌K
829
62
49
由表可知，与初始蓝细菌相比，工程菌K 的ATP 含量升高，且有氧呼吸第三阶段
（被抑制∕被促进∕不受影响），光反应中的水光解 （被抑制∕被促进∕
不受影响）。
(4)研究人员进一步把Ldh 基因引入工程菌K 中，构建工程菌L。与初始蓝细菌相比，工程菌
L 能积累更多D—乳酸，是因为其______ ____（双选）。
A．光合作用产生了更多ATP
B．光合作用产生了更多NADPH
C．有氧呼吸第三阶段产生了更多ATP
D．有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH
【答案】(1)光合作用 呼吸作用
(2)有氧呼吸
(3)被抑制 不受影响
(4)AD
【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
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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】（1）蓝细菌是原核生物，但含有叶绿素和藻蓝素，能进行光合作用，能产生NADH
（呼吸过程中产生的[H]）和丙酮酸等中间代谢物，也能进行呼吸作用，因此蓝细菌内的ATP
来源于光合作用和呼吸作用等生理过程，为各项生命活动提供能量。
（2）有氧呼吸第三阶段是前两个阶段产生的NADH（呼吸过程中产生的[H]）与氧气结合形
成水，同时释放大量能量，因此蓝细菌中细胞质中的NADH 可被大量用于有氧呼吸第三阶段
产生ATP，无法为Ldh 提供充足的NADH。
（3）NADH 是有氧呼吸过程中的代谢产物，在有氧呼吸第三阶段被利用，NADPH 是光合作
用过程中的代谢产物，是水光解的产物，据表格可知，与初始蓝细菌相比，工程菌K 的
NADH 较高，NADPH 相同，说明有氧呼吸第三阶段被抑制，光反应中的水光解不受影响。
（4）工程菌K 存在一种只产生ATP 不参与水光解的光合作用途径，能使更多NADH 用于生
成D—乳酸，把Ldh 基因引入工程菌K 中，构建工程菌L，光合作用产生了更多ATP，为各
项生命活动提供能量，这样有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH，这样工程菌L 就能利用
NADH 将丙酮酸还原为D—乳酸，能积累更多D—乳酸，AD 正确，BC 错误。
故选AD。
例3.（2023·河北·统考高考真题）拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育所需
ATP 须借助其膜上的转运蛋白H 由细胞质基质进入。发育到一定阶段，叶肉细胞H 基因表达
量下降，细胞质基质ATP 向成熟叶绿体转运受阻。
回答下列问题：
(1)未成熟叶绿体发育所需ATP 主要在 合成，经细胞质基质进入叶绿体。
(2)光照时，叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能，将其转化为ATP 和 中的化
学能，这些化学能经 阶段释放并转化为糖类中的化学能。
(3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H 基因过量表达，对转H 基因和非
转基因叶肉细胞进行黑暗处理，之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP 相对浓度，结
果如图。相对于非转基因细胞，转基因细胞的细胞质基质ATP 浓度明显 。据
此推测，H 基因的过量表达造成细胞质基质ATP 被 （填“叶绿体”或“线
粒体”）大量消耗，细胞有氧呼吸强度 。
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(4)综合上述分析，叶肉细胞通过下调 阻止细胞质基质ATP 进入成熟的叶绿
体，从而防止线粒体 ，以保证光合产物可转运到其他细胞供能。
【答案】(1)线粒体（或“线粒体内膜”）
(2) NADPH（或“还原型辅酶Ⅱ”） 暗反应（或“卡尔文循环”）
(3) 降低 叶绿体 升高
(4) H 基因表达（或“H 蛋白数量”） 过多消耗光合产物（或“有氧呼吸增强”）
【分析】由题干可知，拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育需要来自细胞质基
质的ATP，ATP 是细胞中的直接能源物质，主要细胞呼吸和光合作用产生，其中细胞呼吸产
生的ATP 可以用于各种生命活动，因此未成熟的叶绿体发育所需的ATP 来自细胞呼吸，细胞
有氧呼吸产生大量ATP，有氧呼吸的场所主要在线粒体，因此细胞线粒体产生大量ATP 通过
叶绿体膜上的H 蛋白转运至叶绿体促进其发育。待叶绿体发育成熟，H 基因表达量下降，细
胞有氧呼吸产生的ATP 向叶绿体转运受阻，ATP 可用于其他的生命活动，避免有机物的过度
消耗。
【详解】（1）由题干可知，拟南芥幼苗叶肉细胞的叶绿体仍在发育且时，消耗的ATP 主要
来自自身线粒体。线粒体通过有氧呼吸为细胞提供生命活动所需的大约95%的能量。线粒体
中能够大量合成ATP 的化学反应在线粒体内膜上进行。
（2）在植物光合作用的光反应阶段，光能被光合色素捕获后，转化为储存在ATP 和NADPH
中的化学能。在暗反应阶段ATP 和NADPH 中的化学能再进一步转化固定到糖类等有机物中。
（3）由图可知，叶绿体成熟的非转基因叶肉细胞中H 基因表达下调，细胞质基质ATP 浓度
远高于叶绿体基质。H 基因过表达后，细胞质基质中ATP 含量下降，且叶绿体基质中ATP 含
量未显著升高，表明叶绿体消耗了从细胞质基质中转入的ATP。推测，H 基因过表达后，大
量的ATP 转运至叶绿体中被消耗，细胞需代偿性提高线粒体呼吸强度，以补充细胞质基质中
的ATP。
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（4）由题分析可知，ATP 由细胞质基质向叶绿体转运过程中，H 转运蛋白的数量是限制运输
速率的一个主要因素。叶绿体成熟的叶肉细胞中H 基因的表达下调，H 转运蛋白的数量减少，
进而ATP 向叶绿体的流入被有效阻止，细胞质基质ATP 可保持正常生理水平，从而避免了线
粒体呼吸作用的额外增强、过多消耗光合产物，保证光合产物能被转运到其他细胞供能。
1.人线粒体呼吸链受损可导致代谢物X 的积累，由此引发多种疾病。动物实验发现，给呼吸
链受损小鼠注射适量的酶A 和酶B 溶液，可发生如图所示的代谢反应，从而降低线粒体呼吸
链受损导致的危害。据图回答以下问题：
(1)呼吸链受损会导致 （填“有氧”或“无氧”）呼吸异常，代谢物X
是 ．
(2)过程⑤中酶B 的名称为 ，使用它的原因是
．
(3)过程④将代谢物X 消耗，对内环境稳态的作用和意义是 ．
【答案】(1)有氧 乳酸/C3H6O3
(2) 过氧化氢酶 催化过氧化氢的分解，避免过氧化氢对细胞的毒害
(3)避免代谢产物的积累，维持细胞内的 PH；是机体进行正常生命活动的条件
【分析】有氧呼吸分为三个阶段：第一阶段发生在细胞质基质，葡萄糖分解成丙酮酸和还原
性氢，释放少量能量；第二阶段发生在线粒体基质，丙酮酸和水反应生成二氧化碳和还原性
氢，释放少量能量；第三阶段发生在线粒体内膜，还原性氢和氧气反应生成水并释放大量能
量。
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【详解】（1）有氧呼吸主要在线粒体内，而无氧呼吸在细胞质基质。人线粒体呼吸链受损，
会导致有氧呼吸异常。丙酮酸能够分解转化成代谢产物X，场所在细胞质基质中，可以得出
X 是无氧呼吸的产物乳酸。
（2）酶B 可以使过氧化氢分解为水和氧气，所以为过氧化氢酶，过氧化氢酶的作用是催化过
氧化氢的分解，避免过氧化氢对细胞的毒害作用。
（3）代谢物X 为乳酸，过程④可以将其分解，避免了乳酸的大量积累，维持细胞内的 PH 稳
定；是机体进行正常生命活动的必要条件。
2.研究发现，线粒体内的部分代谢产物可参与调控核内基因的表达，进而调控细胞的功能。
下图为T 细胞中发生上述情况的示意图，请据图回答下列问题：
（1）丙酮酸进入线粒体后先经氧化脱羧形成乙酰辅酶A，再彻底分解成 和
[H]。[H]经一系列复杂反应与 结合，产生水和大量的能量，同时产生自由基。
（2）线粒体中产生的乙酰辅酶A 可以进入细胞核，使染色质中与 结合的
蛋白质乙酰化，激活干扰素基因的转录。
（3）线粒体内产生的自由基穿过线粒体膜到 中，激活NFAT 等调控转录的蛋
白质分子，激活的NFAT 可穿过 进入细胞核，促进白细胞介素基因的转录。
转录后形成的 分子与核糖体结合，经 过程合成白细胞介素。
（4）T 细胞内乙酰辅酶A 和自由基调控核内基因的表达，其意义是 。
【答案（1）CO2 O2 （2）DNA （3）细胞质基质 核孔 mRNA
翻译 （4）提高机体的免疫能力
【分析】有氧呼吸的第一阶段的葡萄糖酵解产生丙酮酸和[H]，同时释放少量能量，发生在细
胞质基质中；第二阶段是丙酮酸与水反应产生二氧化碳和[H]，同时释放少量能量，发生在线
粒体基质中；第三阶段是[H]与氧气生成水，释放大量能量的过程，发生在线粒体内膜上。据
图分析可知，乙酰辅酶A 进入三羧酸循环后，代谢产生[H]，[H]参与有氧呼吸第三阶段，与
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O2 结合形成H2O，同时产生了大量自由基，自由基激活NFAT 等分子，进入细胞核的NFAT
和乙酰辅酶A 在乙酰化酶催化下发生乙酰化反应，参与调控核内基因的表达，进而调控合成
干扰素、白细胞介素等。
【详解】（1）根据题意，丙酮酸进入线粒体后先经氧化脱羧形成乙酰辅酶A，再彻底分解产
生CO2 和[H]，[H]参与有氧呼吸第三阶段，与O2 结合，形成H2O。
（2）据图可知，乙酰辅酶A 进入细胞核中，在乙酰化酶催化下发生乙酰化反应，根据题意，
该过程是乙酰辅酶A 使染色质中与DNA 结合的蛋白质发生乙酰化反应，进而激活了相关基
因的转录。
（3）据图可知，线粒体内产生的自由基穿过线粒体膜到达细胞质基质中，激活了NFAT 等蛋
白质分子，激活的NFATNFAT 等蛋白质分子要穿过核孔才能进入细胞核，促进白细胞介素基
因的转录。相关基因转录形成mRNA，mRNA 与核糖体结合后，经翻译产生白细胞介素。
（4）据图可知，T 细胞内乙酰辅酶A 和自由基可调控核内基因的表达，合成干扰素、白细胞
介素等，其对提高机体的免疫能力具有重要意义。
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