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重难题型03 光呼吸、光抑制与光系统
目录
1.命题趋势：明考情知方向
2.重难诠释：知重难、攻薄弱（核心背记+长难句作答）
3.创新情境练：知情境、练突破（10min 限时练)
4.限时提升练：综合能力提升（30min 限时练）
考点
三年考情分析
2025 考向预测
光乎吸
2024·黑吉辽，21；2023·湖南，17；
2023·湖北卷，8；2023·江苏卷，19；
2023·重庆卷，19；2023·湖北卷，8；
2023·山东卷，21；2022·江苏卷，15；
2022·重庆卷，23；2022·山东卷，16；
2022·江苏，20
1.考点预测：该命题点旨在考查光乎
吸、光抑制与光系统相关探究实验。
2.考法预测：题目情境的呈现或是文字
描述，或是图表展示。该命题点的试题
情境多样，以下两种居多：一是当代科
学家所做的相关科学研究，二是大学教
材中所涉及的相关知识等。
光抑制
光系统
重难点核心背记
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：
1
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名师解读 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。
2.光合磷酸化和氧化磷酸化
3.光抑制
植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。
(1)光抑制机理：光合系统的破坏，PS Ⅱ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合
效率下降。
2
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(2)光抑制的主要防御机制
①减少光吸收，植物体也可以通过叶运动(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光的快速响应以
减少对光的吸收，从而避免光抑制。
②增加热耗散：a.当依赖能量的叶绿素荧光猝灭增加时，通过增加激发能的热耗散可以部分避免光抑制。
降低光饱和条件下的PSⅡ的光化学效率，可以避免光抑制破坏的发生。b.在强光下非光辐射能量耗散增加
的同时，玉米黄素含量增加，玉米黄素与激发态的叶绿素作用，从而耗散其激发能，保护光合机构免受过
量光能破坏。
③进行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止强光和CO2亏缺条件下发生光抑制。
（建议用时：10 分钟）
创新情境 联系生活
1．如图a 是水稻的光合作用暗反应及相关过程示意图。在强光和高
低
条件下，叶绿体中的Rubisco
酶既可催化RuBP 与
羧化反应进行卡尔文循环；又可催化RuBP 与
反应进行光呼吸。该酶促反应方向
受
和
相对浓度的影响。据图回答下列问题：
(1)据图分析，参与光呼吸的细胞器有 ，参与光合作用的色素分布在 ，可用 （试剂）提
取。
(2)Rubisco 酶催化
与
反应生成
的过程称为 ，为
生成（
）的过程提供能量的物质是
3
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。
(3)细胞中
浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是 。水稻通过光呼吸能增强对强光环境适
应的机制是 。
(4)叶绿体内
的值过高会导致自由基生成，这些自由基会进一步对叶绿体造成伤害，导致光
合作用强度下降，出现光抑制现象。试简要阐述在干旱、高光照强度环境下，光呼吸对水稻的保护机制：
（答出2 点）。
2．当光照过强，植物吸收的光能超过植物所需时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。强光条
件下，一方面因NADP+不足使电子传递给O2形成O2
-1；另一方面会导致还原态电子积累，形成三线态叶绿
素（
3ch1），
3chl 与O2反应生成单线
1O2。O2
-1和
1O2都非常活泼，如不及时清除，会攻击叶绿素和PSII 反应
中心（参与光反应的色素-蛋白质复合体）的D1 蛋白，从而损伤光合结构。类胡萝卜素可快速淬灭
3chl，
也可直接清除
1O2，从而起到保护叶绿体的作用。
(1)PSIⅡ反应中心位于 ，强光条件下NADP+不足的原因是 。
(2)强光条件下，与正常植株相比，缺乏类胡萝卜素突变体植株的光合速率 （填“增大”“不变”或
“减小”），原因是 （答出2 条即可）。
(3)Rubisco 酶是一个双功能酶，光照条件下，它既能催化C5与CO2发生羧化反应固定CO2，又能催化C5与O2
发生加氧反应进行光呼吸，其催化方向取决于CO2和O2浓度。通过比较碳固定数发现，发生光呼吸时，光
合作用效率降低了 %。
(4)随施氮量的适当增加，叶绿素含量升高，导致该变化原因是
（至少答出3 点）。
3．能源与环境是人们共同关心的重要领域。小球藻由于光合效率高、油脂含量高等特点被视为新型生物
柴油的首选原料之一。图1 为小球藻叶绿体内的光反应机制，其中PSI 和PSⅡ表示光系统，图2 表示小球
4
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藻细胞合成生物柴油等代谢的过程。请回答下列问题：
(1)ATP 合酶分布于膜上，除分布在图1 的 ，在图2 中 也有分布。水光解产生的电
子经一系列的传递，与①共同形成了② ，光系统Ⅰ和光系统Ⅱ吸收的光能储存在 ，
参与暗反应。
(2)图2 中，物质X 是 ，首先物质X 可跨膜转运至 ，参与三羧酸循环，三羧酸循环
过程 （“需要”或“不需要”）氧气；此外，物质X 还能再相关酶的作用下生成 。
(3)研究发现小球藻油脂积累与生长之间存在不协调性，在大多数微藻中，高脂质含量通常以营养缺失（尤
其是氮源）条件下细胞的生物量停止生长为代价。研究人员通过探究藻菌共培养的方式对微藻生长、油脂
积累以及藻类胞外蛋白质等方面的影响。研究结果如下图所示：
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①已知在小球藻中叶绿素a 的含量较为稳定，因此可通过测量纯藻培养和藻菌共培养体系中 来
作为小球藻数量的统计指标。通过比较图3 和图4 比较分析，可以得出的结论是： 。
②图5 是在前两个实验的基础上，探究菌引起小球藻生长的原因。则图中的“？”代表的共培养的比例是
，据图分析可知，在共培养体系中菌株能够分解藻细胞周围的蛋白质，供藻细胞生长利用，同时菌自身会
起到 作用，为缺氮条件下小球藻的生长提供一些氮源物质，从而使得共培养体系中的小球藻
在缺氮条件下生物量还有所增加。
（建议用时：30 分钟）
1．（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 。
2．（2023·江苏·高考真题）气孔对植物的气体交换和水分代谢至关重要，气孔运动具有复杂的调控机制。
图1 所示为叶片气孔保卫细胞和相邻叶肉细胞中部分的结构和物质代谢途径。①~④表示场所。请回答下
列问题：
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(1)光照下，光驱动产生的NADPH 主要出现在 （从①~④中选填）；NADPH 可用于CO2固定产物的
还原，其场所有 （从①~④中选填）。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、 （填写2
种）等。
(2)研究证实气孔运动需要ATP，产生ATP 的场所有 （从①~④中选填）。保卫细胞中的糖分解为
PEP，PEP 再转化为 进入线粒体，经过TCA 循环产生的 最终通过电子传递链氧化产生ATP。
(3)蓝光可刺激气孔张开，其机理是蓝光激活质膜上的AHA，消耗ATP 将H+泵出膜外，形成跨膜的 ，
驱动细胞吸收K+等离子。
(4)细胞中的PEP 可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并进一步转化成Mal，使细胞内水势下降（溶质浓度提
高），导致保卫细胞 ，促进气孔张开。
(5)保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关，为了研究淀粉合成与细胞质中ATP 的关系，对拟
南芥野生型WT 和NTT 突变体ntt1（叶绿体失去运入ATP 的能力）保卫细胞的淀粉粒进行了研究，其大小
的变化如图2．下列相关叙述合理的有______。
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A．淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP
B．光照诱导WT 气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关
C．光照条件下突变体ntt1 几乎不能进行光合作用
D．长时间光照可使WT 叶绿体积累较多的淀粉
3．（2023·湖南·高考真题）下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco 酶对CO2的
Km为450μmol·L-1（K 越小，酶对底物的亲和力越大）,该酶既可催化RuBP 与CO2反应，进行卡尔文循环，又
可催化RuBP 与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方
向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水
光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP 生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC 酶
（PEPC 对CO2的Km为7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管
束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题：
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(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是 （填具体名称）,该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质
合成 （填"葡萄糖""蔗糖"或"淀粉"）后，再通过 长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度 （填"高于"或"低于"）水稻。从光合作用机制及
其调控分析，原因是 （答出三点即可）。
(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，
但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是 （答出三点即可）。
4．（2025·江西上饶·一模）光合作用过程分为光反应阶段和暗反应阶段。请根据相关信息回答相关问题：
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Ⅰ、图1 是念珠蓝细菌内光合片层上进行的光反应阶段示意图。
Ⅱ、景天科植物菠萝同化CO2的方式比较特殊：夜间气孔开放，吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中；白
天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用，以适应其生活环境。其部分代谢途径如
图2 所示。
(1)图1 中的物质X 和物质Y 分别是 和 。
(2)图1 中细胞质基质的H+运输通过光合片层的物质运输方式是 。光合片层图1 中ATP 合成酶合成
ATP 所需能量的直接来源是 。
(3)菠萝参与①过程的CO2来源于 过程。
(4)如果白天适当提高环境中的CO2浓度，菠萝的光合作用速率变化是 （填“增加”或“降低”或
“基本不变”），其原因是 。
5．（2025·广东·一模）光是调节植物生长发育的重要环境因子；盐胁迫会导致光合系统受到损害。研究人
员以番茄幼苗为材料，研究在盐胁迫条件下不同红光与远红光比值（R：Fr）对番茄幼苗形态建成、叶绿素
含量和光合速率的影响，部分结果如表。
LED 光源/盐
胁迫
叶面积/
cm2
茎
粗/mm
株高/
cm
干
重/g
叶绿素含量/
（ug•g-1）
净光合速率/
（μmol•m--2•s-1
）
光饱和点/
（μmol•m-2•s-1
）
CK（R：
Fr=7.4）
435.31
6.02
18.23
1.73
2.77
17.08
1300
T1（R：
Fr=7.4）
+盐胁迫
201.62
4.31
11.97
0.79
2.01
5.02
500
T2（R：
Fr=1.2）
+盐胁迫
318.91
5.11
15.62
1.23
2.34
10.15
800
11
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T3（R：
Fr=0.8）
+盐胁迫
401.91
5.85
17.32
1.62
2.43
13.09
1100
注：1 本实验CK 组为白色LED 光源，T2、T3为在CK 组的基础上添加不同强度的LED 远红光光源，形成了番
茄幼苗生长发育的光环境。
2 表中数据为实验第8 天时的结果。
回答下列问题：
(1)叶绿体类囊体膜中集中着大量光合色素，其作用是 ，其中可吸收蓝紫光的色素是 。盐
胁迫下，一方面，番茄幼苗的细胞以 方式失水，使细胞液渗透压增大，生长受抑制；另一方面，
叶绿素含量下降，幼苗捕获光能减少，生成的 减少，使光合速率下降。
(2)植物体内的 可感受环境中R：Fr 配比的光信息变化，从而影响植物的 和形态建成。从
表中信息推测，适当补充 （填“红光”或“远红光”），能显著缓解盐胁迫对番茄幼苗的伤害。
其原因可能是适当降低光环境中的R：Fr 值，促进了番茄幼苗株高，增加了叶面积和茎粗，抑制了叶绿素
的分解，显著提高了幼苗的 和净光合速率，缓解番茄幼苗的盐胁迫，提高抗盐性。
(3)综合上述，若要提高设施栽培中番茄的产量，请提出可行的措施 （答2 点即可）。
6．（2025·四川绵阳·二模）植物的生长发育对光的需求是多种多样的，比如光合作用、光形态建成等生理
活动都要受到光的影响。
I.植物光合作用吸收和转化光能的过程及相关结构，如下图所示，其中PSI 和PSII 都是由蛋白质和相关色素
组成的复合体，吸收光能后产生高能电子，该电子沿着特定轨道传递。如果高能电子被O2接受，形成的超
氧负离子自由基（O2）会损伤光合结构，从而抑制光合作用。回答下列问题：
(1)光能转换路径有：光能→电能→H+浓度势能→ATP 中活跃的化学能； 。
(2)当固定能量不能被暗反应及时消耗时，叶绿体中超氧负离子自由基含量会增加，原因是 。
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此时，C5会在Rubisco 酶（能催化C5与CO2反应产生C3）催化下被部分氧化分解产生CO2，同时消耗富余的
能量，这就是光呼吸，由此推测光呼吸（填序号）。
①始发于叶绿体基质②可以增加作物产量③可以减缓光合结构的损伤④可以释放能量增加ATP
II.某研究员以拟南芥为实验材料进行实验探究光形态建成的机制，实验结果如图A 和图B，隐花色素
1(cryl）参与光形态建成作用路径如图C。图C 中COP1 是一种酶，可以介导蛋白质的降解；HY5 是转录因子，
可以促进基因的转录。
回答下列问题：
(3)COP1 是光形态建成的 (“促进”或“抑制”）因子。
(4)隐花色素1(cryl）主要负责促进花色素苷合成， 等光形态建成反应，其作用的机制是 。
7．（2025·福建厦门·一模）下图为光合作用和呼吸作用过程中生物膜上发生的部分生理现象，其中虚线代
表电子传递过程，电子传递能为H+的跨膜运输提供能量
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回答下列问题：
(1)ATP 合成酶中的疏水性部位是 （填“F0”或“F1”或“F0和F1”）。
(2)图2 中的膜结构是 膜，判断依据是 。
(3)除草剂P 可抢夺PSI 反应中心的电子，请结合图1 的信息分析其除草的原理 。
(4)化学药物DNP 可使H+进入线粒体基质时不经过ATP 合成酶。有人提出DNP 可以作为减肥药物，请结合
图2 的信息分析其作为药物可能带来的负面作用 。
8．（2025·重庆·一模）植物光合作用过程中存在非环式（LEF）和环式电子传递（CEF），CEF 是光合作用
中重要的调节过程，指的是光系统I（PSI）中电子经由Fd、PQ、细胞色素b6f 等电子传递体返回到PSI 的循
环电子传递途径。
(1)光合色素是植物进行光合作用的基础，成熟植物叶肉细胞中含量最多的光合色素是 ，可以用有
机溶剂 来提取光合色素。
(2)结合题图分析：O2产生于类囊体膜的 侧，ATP 的形成与H+浓度梯度有关，由图可知，光反应中
光能最终转化为 中的化学能。ATP 合酶发挥的具体作用是 （答两点）。
(3)从产物的角度分析，与LEF 相比，CEF 的特点是 。
(4)一棵马铃薯植株在生长过程中，光合作用产生的ATP 的量远大于细胞呼吸产生的ATP 的量，原因是
。
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9．（2025·湖南永州·二模）百合科植物黄精具有补气养阴、健脾、润肺、益肾的功效，下图1 为黄精光反
应过程的电子传递示意图，Ⅰ~Ⅳ表示结构，X 表示化学反应，请回答下列问题：
(1)叶绿素分布于 （从图1 中Ⅰ~Ⅳ中选填）等结构上，提取时为避免色素破坏应加入少许 。
吸收的光能将一些叶绿素中的高能电子激发出来。这些高能电子经过一系列传递后参与化学反应X，该反
应的反应式为： 。失去电子的叶绿素最终从 中夺取电子后，参与光反应。
(2)为扩大种植面积并提高黄精的产量，科研工作者以黄精幼苗为实验材料，通过在完全营养液中添加适量
且适宜浓度的NaCl 溶液（模拟盐胁迫即盐碱地条件）和不同浓度的植物激素MT 溶液（数字表示浓度），
研究在盐胁迫下MT 对该植物幼苗光合速率的影响，实验结果如图2 所示。
注：①对照组 ②NaCl ③NaCl＋MT50 ④NaCl＋MT100 ⑤NaCl＋MT200
研究人员测定各组黄精胞间CO2浓度，发现②组的胞间CO2浓度高于对照组，其原因是 。一定浓度
的植物激素MT 可以提高黄精的产量，分析图2 可知，其能提高黄精产量的原因是 。图中的结果
（填“能”或“不能”）支持植物激素MT 对盐胁迫下的黄精的光合作用具有一定的抑制作用，依据是
。
10．（2025·辽宁沈阳·一模）早春出现的“倒春寒”易导致植物发生光抑制现象，即植物对光能的吸收量
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超过利用量，过剩的光能抑制了光合作用。科研人员用低温弱光模拟这种环境胁迫来研究桃树光抑制发生
的机制。回答下列问题：
(1)如图1 所示，高等植物叶肉细胞的叶绿体内含有两个光系统：光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ），
它们位于 。光照下，PSⅡ将电子传递给PSⅠ，促进图中“？” 的合成，进而为暗反应提供了
。
(2)图2 为不同实验条件下桃树叶片的相关生理指标。
据图2 分析可知：
①仅低温胁迫 （填“会”或“不会”）破坏光系统。
②低温前提下，弱光导致的光抑制现象可能是由于 （填“PS
”
Ⅰ、“PS
”
Ⅱ或“PSⅠ和PS
”
Ⅱ）被破
坏而导致的，判断依据是 。
③低温弱光胁迫的0～3h 内，桃树叶片会通过 来降低过剩光能对光系统的伤害，但随时间延长，光
系统受损严重导致光抑制加重。
(3)农业上常通过补充蓝光来改善“倒春寒”引起的光抑制现象，请结合上述研究，推测相关机理为 。
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