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第12 讲 细胞代谢综合分析
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01 课标达标练
【题型一】CO2 固定方式的多样和光呼吸
【题型二】光合作用和细胞呼吸的综合分析
02 能力突破练 （新情境+新角度）
03 高考溯源练
题型一 CO2固定方式的多样和光呼吸
1．蓝细菌的光合作用过程需要较高浓度CO2，长期进化过程中，蓝细菌形成的CO2浓缩机制如图所示。R
酶除了固定CO2之外，还能催化O2与C5结合形成C3和C2，O2和CO2竞争性结合R 酶的同一位点。下列说
法正确的是（ ）
A．蓝细菌的R 酶存在于叶绿体基质的羧化体中
B．蓝细菌固定CO2时，细胞中的O2不易进入羧化体
C．HCO3
-转运蛋白基因表达减少，利于有机物积累
D．CO2以自由扩散的方式通过光合片层膜
2．光呼吸是植物利用光能，吸收O2并释放CO2的过程。研究者将四种酶基因（GLO、CAT、GCL、
TSR）导入水稻叶绿体，创造了一条新的光呼吸代谢支路（GCGT 支路），如图虚线所示。据图分析，下
列推测正确的是（ ）
A．光呼吸时C5与O2的结合发生在叶绿体的类囊体薄膜上
B．在光呼吸中有ATP 和NADPH 的生成和消耗
C．GCGT 支路有利于减少H2O2对叶绿体的损害
D．GCGT 支路可以促进光呼吸从而降低光合效率
3．玉米叶片具有特殊的结构，其维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可以利用PEP 羧化酶固定较低浓度的
CO2，并转移到维管束鞘细胞中释放，参与光合作用的暗反应。据图分析，下列说法不正确的是（ ）
A．维管束鞘细胞的叶绿体能进行正常的光反应
B．维管束鞘细胞中暗反应过程仍需要ATP 和NADPH
C．PEP 羧化酶对环境中较低浓度的CO2具有富集作用
D．玉米特殊的结构和功能，使其更适应高温干旱环境
4．景天酸代谢（CAM）途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2
固定于苹果酸，并储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后释放CO2，供叶绿体的碳反应。下列
叙述错误的是（ ）
A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP 的细胞器只有线粒体
B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
C．给植物提供
14C 标记的
14CO2，
14C 可以出现在草酰乙酸、苹果酸、三碳酸和有机物中
D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中三碳酸的含量短时间内会降低
5．水稻为C3植物，玉米为C4植物，两者代谢途径简图如下所示。玉米叶肉细胞中有一种PEP 羧化酶，通
过系列反应将CO2“泵”入维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2，保证卡尔文循环顺利进行。
请回答有关问题：
注：Rubisco 是卡尔文循环过程中催化CO2固定的酶。
(1)光合作用的暗反应需要光反应阶段产生的ATP 和NADPH，这两种物质在叶绿体内形成的部位是 。
NADPH 在暗反应中作 （填“还原”或“氧化”）剂，用于糖类等有机物的形成。
(2)光照条件下，给C3植物和C4 植物叶片提供
14CO2，然后检测叶片中的
14C。下列有关检测结果的叙述，
正确的有_____。
A．从C3植物的淀粉和C4植物的葡萄糖中可检测到
14C
B．在C3植物和C4植物呼吸过程产生的中间产物中可检测到
14C
C．随光照强度增加，从C4植物叶片中可检测到含
14C 的C4大量积累
D．在C3植物叶肉组织和C4植物维管束鞘的C3中可检测到
14C
(3)如果在玉米叶肉细胞中注入某种抑制剂使“CO2泵”的活性降低，则在短时间内，维管束鞘细胞中ATP
的含量变化呈上升趋势，原因是 。
(4)干旱会导致气孔开放程度减小，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，可能的
原因是 。
(5)将玉米的PEP 羧化酶基因导入水稻后，测得光照强度对转基因水稻和原种水稻的气孔导度及光合速率的
影响结果，如下图所示。（注：气孔导度越大，气孔开放程度越高）
光照强度低于8×102μmol·m-2·s-1时，影响转基因水稻光合速率的主要因素是 ；光照强度为10～
14×102μmol·m-2·s-1时，原种水稻的气孔导度下降但光合速率基本不变，可能的原因是 。转基因水稻更
适宜栽种在 的环境中。
题型二 光合作用和细胞呼吸的综合分析
6．将不同种类的种子分别置于条件适宜的密闭玻璃容器中，并检测其在萌发过程中的相关物质的变化量，
下列叙述正确的是（ ）
A．若某一种子发芽前O2吸收量大于CO2释放量，则呼吸作用的底物只有糖类
B．若在密闭容器中充入
18O 标记的O2，一段时间后能检测到放射性的CO2
C．若经过一昼夜，密闭容器中CO2的浓度降低，则萌发的种子已进行光合作用
D．种子发芽长出绿叶后，若光照条件变弱，叶肉细胞中C5的含量会突然升高
7．室内栽培绿萝能够有效清除甲醛污染。为研究其作用机制，科学家首先研究在密闭环境下绿萝正常的
呼吸作用和光合作用，测定环境中的CO2浓度变化，结果如图甲所示;而后将用特殊方法处理的甲醛通入密
闭环境，研究绿萝处理甲醛的途径。图乙所示为光合作用和甲醛代谢的相关过程(其中HCHO 为甲醛，
RU5P 和HU6P 是中间产物)。下列相关说法错误的是（ ）
A．d 时间内完全光照组植株固定CO2的速率是(b-c) /dppm/s
B．弱光照组叶肉细胞叶绿体产生的O2可扩散至线粒体和细胞外
C．可采用同位素示踪法追踪并探明循环②甲醛的碳同化路径
D．推测绿萝细胞同化甲醛(HCHO)的场所应是叶绿体基质
8．某研究小组利用特定的实验装置来研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响（其他实验条件
均相同且适宜），根据结果绘制成如图所示曲线。据图分析下列有关叙述错误的是（ ）
A．在35℃时，该植物叶肉细胞光合作用所固定的CO2量与呼吸作用产生CO2的量相等
B．在25℃和30℃时，该植物光合作用所固定的CO2量基本相等，但在25℃时生长更快
C．由于不确定呼吸作用的最适温度，若继续升高温度，呼吸作用产生的CO2量可能增加
D．叶绿体将光能转化为ATP 和NADPH 中的化学能，进而转化为（CH2O）中的化学能
9．某研究小组测定了植物甲和乙在一定的CO2浓度和适宜温度条件下，光合速率随光照强度的变化，结
果如图所示。下列叙述正确的是（ ）
A．在光照强度为b 时，植物甲的实际光合速率与植物乙的相同
B．在光照强度为b 时，若每天光照12 小时，则植物乙无法正常生长
C．同等光照强度下植物甲、乙光合速率不同的根本原因是叶肉细胞中叶绿素含量不同
D．将植物甲、乙分别置于黑暗环境中，植物甲单位时间内消耗的有机物更多
10．在某温度和光照条件下，将等量长势相似的A、B 两种植物幼苗分别置于两个相同的密闭容器中，不
同时间点测定容器中CO2浓度变化如图1 所示；图2 表示A 植物幼苗在同温度条件下，于黑暗和某光照条
件下CO2产生和固定的相对量。下列叙述错误的是（ ）
A．在图1 实验给定的条件下，B 植物更能适应较低CO2浓度条件
B．实验时间超过20min 后，A 植物净光合速率等于B 植物净光合速率
C．图2 中光照条件下，A 植物CO2固定相对量不能通过实验直接测得
D．若图2 中A 植株每天光照12h，在10～25℃条件下A 植株均能生长
11．某实验小组为验证KHCO3对某植物幼苗光合作用的影响，进行了甲、乙两组不同处理的实验，甲组用
差速离心法制备叶绿体悬液进行实验，乙组将等量植物幼苗叶片切割成1mm2的叶小片进行实验，然后在
适宜光照、20℃恒温条件下用氧电极测量这两组植物的O2释放速率，结果如图所示。下列相关叙述正确的
是（ ）
A．由该实验可推断，随着KHCO3浓度的增大，叶小片的O2释放速率会一直增大
B．本实验的自变量是KHCO3的浓度，无关变量为适宜光照、20℃恒温条件
C．加入清水组的叶小片中无O2释放，原因可能是光合作用产生的O2通过呼吸作用被消耗了
D．KHCO3浓度为0.05mol·L-1时，两组实验的O2释放速率存在差异的原因是光合速率不同
12．科研人员检测晴朗天气下露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率（Pn）日变化情况，并将检测结果绘
制成图。下列相关说法错误的是 （ ）
A．CO2浓度增大是导致ab 段、lm 段Pn 增加的主要原因
B．bc 段适时通风、mn 段适时遮阴可有效缓解Pn 下降
C．致使ef 段、op 段Pn 下降的原因是光照强度逐渐减弱
D．适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施
13．（22-23 高一下·湖北恩施·期末）下图是某科研小组在对药用植物黄精进行光合作用和呼吸作用研究实
验过程中，根据测得的实验数据绘制的曲线图，其中图1 的光合曲线(图中实线)是在光照、CO2浓度等条件
都适宜的环境中测得，图1 呼吸曲线(图中虚线)是在黑暗条件下测得；图2 的实验环境是在恒温密闭玻璃
温室中，测定指标是连续24h 室内CO2浓度和植物CO2吸收速率。据图分析，下列说法中错误的是（ ）
A．图1 中，当温度达到55℃时，植物光合作用已停止，可能原因是与光合作用相关的酶失去活性
B．图1 中，当温度达到55℃时，植物的净光合速率与呼吸速率相等，真光合速率是呼吸速率的2 倍
C．结合图1 数据分析，进行图2 所示实验时，为了减少无关变量带来的干扰，温度应设置在30℃左
右
D．图1 中温度为40℃时对应的光合曲线点与图2 中6h 和18h 对应的曲线点有相同的净光合速率
14．在天气晴朗的夏季，将用全素营养液培养的植株放入密闭的玻璃罩内放在室外进行培养。每隔一段时
间用CO2浓度检测仪测定玻璃罩内CO2浓度，绘制成如图所示的曲线（水平虚线表示实验开始时玻璃罩内
CO2浓度）。据图得出的判断不正确的是（ ）
A．d 点和h 点表示光合速率等于呼吸速率
B．bc 段和ab 段曲线斜率差异可能主要是由温度造成的
C．光合速率最大值可能出现在h 点
D．呼吸速率最小值可能出现在b 点
15．晴朗夏季，某兴趣小组将用全素营养液培养的花生植株放入密闭的玻璃罩内，置于室外继续培养，获
得实验结果如下图所示。其中甲图表示玻璃罩内的CO2含量一昼夜的变化情况（A 点表示玻璃罩内起始
CO2浓度），乙图表示该植株一昼夜CO2释放速率或吸收速率，丙图表示花生叶肉细胞中两种细胞器的四
种生理状态。下列有关叙述正确的是（ ）
A．甲图中的D 点与丙图中的（2）对应，D 点之后植株开始进行光合作用
B．甲图中的H 点与乙图中的e 点对应，此时植株的光合作用最强
C．乙图中ac 段、cd 段（不包括d 点）发生的生理过程分别对应丙图中的（4）、（3）
D．乙图中积累有机物的时段是di 段
16．以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图
甲所示。图乙装置是在其他条件适宜时，测定该绿色植物在不同温度下的气体变化情况。结合两图分析。
下列叙述错误的是（ ）
A．该绿色植物在30℃时的光合作用强度与35℃时的光合作用强度相等
B．若每天光照12h，则该植物在20℃时生长速率最快
C．若该植物原重X kg，置于暗处4h 后重为（X-l）kg，然后光照4h 后重为（X＋2）kg，则总光合速
率为3/4 kg·h-1
D．乙装置的液滴约在25℃时单位时间内向右移动的距离最大
17．沙拐枣是荒漠地区优良的固沙植物，其叶片现已退化为线状的能够进行光合作用的绿色枝条。某实验
小组测定了温度对沙拐枣绿色枝条吸收和释放CO2速率的影响，结果如表所示，其中实际光合速率=呼吸
速率+净光合速率。下列叙述不正确的是（ ）
温度/℃
25
30
35
40
45
50
黑暗条件下CO2释放速率/（mg·g-1·h-1）
3.1
4.0
5.7
7.5
9.3
10.2
光照条件下CO2吸收速率/（mg·g-1·h-1）
9.2
10.2
8.8
7.2
4.4
2.2
A．叶片退化为线状，可减小叶片表面积，以减少水分的散失量
B．分析表中的数据可知，40℃左右时绿色枝条的有机物制造量最大
C．可在35-40℃设置温度梯度进一步测量实际光合作用的最适宜温度
D．发现沙拐枣白天气孔关闭，晚上气孔开启，但其光合作用依然发生在白天
18．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。
(2)盐添加量不同的条件下，叶绿素含量受影响最显著的品种是 。
(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。
(4)依据图2，在中盐（2．0g·kg-1）土区适宜选择种植 品种。
19．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
。
1．下图为向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质，在适宜条件下进行周期性
的光暗交替实验，下列说法错误的是（ ）
A．图中O2释放速率表示真正（总）光合作用速率
B．光照开始后两曲线逐渐重合时，光反应速率等于暗反应速率
C．S1可用来表示一个光暗周期内NADPH 和ATP 的积累量
D．间隙光使植株充分利用光反应产生的NADPH 和ATP，单位光照时间内光合产物合成量更大
2．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（ ）
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
3．叶绿体是一种动态的细胞器，随着光照强度的变化，在细胞中的分布和位置也会发生相应改变，称为
叶绿体定位。CHUP1 蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白（构成细胞骨架中微丝蛋白的重要成分）相结合，
用野生型拟南芥和CHUP1 蛋白缺失型拟南芥进行实验，观察到在不同光照强度下叶肉细胞中叶绿体的分
布情况如图。下列叙述错误的是（ ）
A．由图结果推测，叶绿体是通过CHUP1 蛋白锚定在微丝蛋白上，因而CHUP1 蛋白应该位于叶绿体
的内膜上
B．叶绿体中光合色素可吸收、传递和转化光能，并将吸收的能量储存在ATP 和NADPH 中
C．若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常，推测微丝蛋白可能与叶绿体的运动有关
D．弱光条件下叶绿体汇集到细胞顶面，有利于叶肉细胞更充分地吸收光能
4．在拟南芥叶肉细胞中，有机物分解释放CO2的代谢途径有光呼吸和细胞呼吸等。其中．光呼吸与光合
作用密切关联，二者强度受CO2和O2相对浓度等因素调节。相关有机物的演变及其关键酶促反应如图1 所
示，回答下列问题。
(1)细胞呼吸代谢途径与光呼吸存在交集，都与生命活动的能量代谢有关。请参考图1 中的表示形式，在虚
线框中补充有关的物质变化，使各代谢途径联系在一起 。
(2)在适宜条件下，突然停止光照，水稻叶片CO2释放量先增加后下降，然后逐渐稳定。据图1 分析，叶片
CO2释放量下降的原因是光反应停止后， 。
(3)图1 中GDC 酶主要分布在叶肉细胞，在非光合组织中含量极低，H 蛋白是其重要组分。为了探究H 蛋
白对拟南芥幼苗生长的影响，研究者在充足光照条件下，做了相关研究，结果如下：
①强光下，光、暗反应失衡，过剩能量会转移给O2形成氧自由基。图2 中H 组和HS 组光合速率高于WT
组的原因是 ，从而减少氧自由基的含量，使叶绿体的膜损伤程度降低，有利于光反应强度的维
持。
②检测结果表明，与WT 组相比，H 组植株光合速率更高，但生长却受到了抑制。对此，Deepseek 给出的
解释之一是：在H 组植株的线粒体中，“2C2→C3+CO2”（脱羧反应）的反应增强，改变了线粒体内的
NADH/NAD+比例，影响其能量代谢的平衡，使细胞呼吸分解的有机物增多，导致干重下降。对于这个解
释，某同学认为不合理，他的理由可能是： （答出1 点）。
(4)综合本题信息，若要在强光下提高大棚蔬菜产量，除“在叶中过量表达H 基因”外，还可采取的措施有
（答出1 点）。
5．纳米银因其广谱且持久的抗菌性已被广泛应用在许多领域，然而其释放到水环境中会对水生生物产生
毒性。小球藻是常用的毒性测试模式生物，使用血细胞计数板记录小球藻数量变化是评估纳米银毒性的常
用方法。科研人员以小球藻为模型，探究能否基于溶解氧作为快速检测纳米银对小球藻毒性的评估方法，
相关实验结果如图1。
回答下列问题：
(1)小球藻消耗O2的具体场所是 ；光照下小球藻培养液中溶解氧增加的原因是 。
(2)该实验的自变量为 ，结合题意，a 组实验结果说明：随着培养时间的延长， 。
(3)b 组当纳米银使用量为 mg·L⁻¹ 时，小球藻的呼吸作用几乎完全被抑制。
(4)对比两组实验数据可知，在 (填“黑暗”或“光照”)条件下投加纳米银，小球藻受到的抑制
更为强烈。
(5)已知小球藻在适宜的条件下繁殖周期通常为8～12 小时。图2 是基于上述实验中溶解氧的检测数据绘制
的抑制率曲线图；图3 是相同实验设置下，利用血细胞计数板记录2 天内小球藻细胞数量变化数据，绘制
的抑制率曲线图。
据图可知，不同条件下两种方法测得的抑制率较为接近，但溶解氧法得出的对小球藻的抑制率比计数法稍
高，从时间长短所造成的影响考虑，这可能是由于 。由此可见，与计数法相比，通过检测水
体中溶解氧含量变化的方法评估纳米银毒性的优点是 。
一、
单选题
1．（2023·北京·高考真题）在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解
错误的是（ ）
A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B．在高光强下，M 点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C．在图中两个CP 点处，植物均不能进行光合作用
D．图中M 点处光合速率与呼吸速率的差值最大
2．（2023·湖北·高考真题）植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含
有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分
离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示）。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．叶肉细胞内LHC 蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强
B．Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C．弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获
D．PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2
3．（2014·四川·高考真题）将桑树和大豆分别单独种植（单作）或两种隔行种植（间作），测得两种植物
的光合速率如图所示。据下图分析，下列叙述正确的是（ ）
A．与单作相比，间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响
B．与单作相比，间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大
C．间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率
D．大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作
4．（2021·北京·高考真题）将某种植物置于高温环境（HT）下生长一定时间后，测定HT 植株和生长在正
常温度（CT）下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是（ ）
A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35℃时两组植株的真正（总）光合速率相等
C．50℃时HT 植株能积累有机物而CT 植株不能
D．HT 植株表现出对高温环境的适应性
5．（2023·福建·高考真题）秸秆直接焚烧会造成空气污染等环境问题。秸秆还田是当前农业生产中常用措
施，研究秸秆还田模式对秸秆在生产中合理利用有重要的指导意义。科研人员研究了秸秆还田与氮肥配施
的模式对玉米光合作用的影响，测定相关指标，结果如图所示。
注:SR 表示秸秆还田，NSR 表示秸秆不还田;蒸腾速率是指单位时间内单位叶面积通过蒸腾作用散失的水量。
回答下列问题:
(1)玉米绿叶中的叶绿素主要吸收 光。据图1、2 可推测，等量配施氮肥条件下，与NSR 相比，
SR 的玉米叶肉细胞中光反应会产生更多的 。据图2 可知，与NSR 相比，SR 显著提高了净光合
速率，其净光合速率随着施氮量的增加呈 。
(2)根据图中实验结果，下列关于玉米光合作用的叙述正确的是 。
A．胞间CO₂ 浓度与气孔开放程度及细胞对CO₂ 的固定量有关
B．与SR 相比，NSR 会降低蒸腾速率，但有利于细胞对CO2的吸收
C．与SR 相比，NSR 的胞间CO2浓度更高，细胞对CO2的固定量更多
D．当配施氮肥量为180kg·hm-2时，细胞加大了对CO2的固定，导致胞间CO2浓度降低
E．与配施氮肥量为180kg·hm-2相比，过多的施氮量会使细胞吸收的CO2减少，最终导致叶绿素转化光
能的效率下降
(3)结合上述实验结果，从经济效益和环境保护角度说明玉米种植不宜过量施用氮肥的原因 。
6．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）叶绿体中R 酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两
种底物竞争R 酶同一活性位点；线粒体中G 酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图（a）。为探究保卫细
胞中G 酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W 为参照，构建了G 酶表达量仅在保卫细胞中增
加的植株S，实验结果如图（b）。回答下列问题。
(1)R 酶催化CO2固定的场所是叶绿体的 ，产物C3在光反应生成的 参与下合成糖类等有机
物。
(2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图（a）（b）可知，相同光照条件下植株S 保卫细胞中G 酶表达
量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是 。
(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S 的净光合速率 （填“增
大”或“减小”）；相较于植株W，植株S 的净光合速率变化幅度 （填“大”“小”或“无法判
断”）。
(4)若需确认保卫细胞中G 酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果：
。
7．（2024·江苏·高考真题）科研人员对蓝细菌的光合放氧、呼吸耗氧和叶绿素a 含量等进行了系列研究。
图1 是蓝细菌光合作用部分过程示意图，图2 是温度对蓝细菌光合放氧和呼吸耗氧影响的曲线图。请回答
下列问题：
(1)图1 中H+从类囊体膜内侧到外侧只能通过ATP 合酶，而O2能自由通过类囊体膜，说明类囊体膜具有的
特性是 。碳反应中C3在 的作用下转变为（CH2O），此过程发生的区域位于蓝细菌的
中。
(2)图2 中蓝细菌光合放氧的曲线是 （从“甲”“乙”中选填）；据图判断，总光合速率最高时对
应的温度是（从“20℃”、“25℃”、“30℃”中选填），理由为 。
(3)在一定条件下，测定样液中蓝细菌密度和叶绿素a 含量，建立叶绿素a 含量与蓝细菌密度的相关曲线，
用于估算水体中蓝细菌密度。请完成下表：
实验目的
简要操作步骤
测定样液蓝细菌数
量
按一定浓度梯度稀释样液，分别用血细胞计数板计数，取样前需
①
浓缩蓝细菌
②
③
将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮
④
用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管，避光存放
建立相关曲线
用分光光度计测定叶绿素a 含量，计算
8．（2024·浙江·高考真题）原产热带的观赏植物一品红，花小，顶部有像花瓣一样的红色叶片，下部叶片
绿色。回答下列问题：
(1)科学研究一般经历观察现象、提出问题、查找信息、作出假设、验证假设等过程。
①某同学观察一品红的叶片颜色，提出了问题：红叶是否具有光合作用能力。
②该同学检索文献获得相关资料：植物能通过光合作用合成淀粉。检测叶片中淀粉的方法，先将叶片浸入
沸水处理；再转入热甲醇处理；然后将叶片置于含有少量水的培养皿内并展开，滴加碘-碘化钾溶液（或碘
液），观察颜色变化。
③结合上述资料，作出可通过实验验证的假设： 。
④为验证假设进行实验。请完善分组处理，并将支持假设的预期结果填入表格。
分组处理
预期结果
绿叶+光照
变蓝
绿叶+黑暗
不变蓝
ⅰ
ⅱ
ⅲ
ⅳ
⑤分析：检测叶片淀粉的方法中，叶片浸入沸水处理的目的是 。热甲醇处理的目的是 ．
(2)对一品红研究发现，红叶和绿叶的叶绿素含量分别为0.02g（Chl）·m-2和0.20g（Chl）·m-2，红叶含有较
多的水溶性花青素。在不同光强下测得的qNP值和电子传递速率（ETR）值分别如图甲、乙所示。qNP值反
映叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力；ETR 值反映光合膜上电子传递的速率，与光反应速率呈
正相关。花青素与叶绿素的吸收光谱如图丙所示。
①分析图甲可知，在光强500～2000μmol·m-2·s-1范围内，相对于绿叶，红叶的 能力较弱。分析图乙可
知，在光强800～2000μmol·m-2·s-1，范围内，红叶并未出现类似绿叶的光合作用被 现象。结合图丙可
知，强光下，贮藏于红叶细胞 内的花青素可通过 方式达到保护叶绿体的作用。
②现有实验证实，生长在高光强环境下的一品红，红叶叶面积大，颜色更红。综合上述研究结果可知，在
强光环境下，红叶具有较高花青素含量和较大叶面积，其作用除了能进行光合作用外，还有保护 的
功能。一品红的花小，不受关注，但能依赖花瓣状的红叶吸引 ，完成传粉。
9．（2024·广东·高考真题）某湖泊曾处于重度富营养化状态，水面漂浮着大量浮游藻类。管理部门通过控
源、清淤、换水以及引种沉水植物等手段，成功实现了水体生态恢复。引种的3 种多年生草本沉水植物
（①金鱼藻、②黑藻、③苦草，答题时植物名称可用对应序号表示）在不同光照强度下光合速率及水质净
化能力见图。
回答下列问题：
(1)湖水富营养化时，浮游藻类大量繁殖，水体透明度低，湖底光照不足。原有沉水植物因光合作用合成的
有机物少于 的有机物，最终衰退和消亡。
(2)生态恢复后，该湖泊形成了以上述3 种草本沉水植物为优势的群落垂直结构，从湖底到水面依次是
，其原因是 。
(3)为了达到湖水净化的目的，选择引种上述3 种草本沉水植物的理由是 ，三者配合能实现综合
治理效果。
(4)上述3 种草本沉水植物中只有黑藻具有C4光合作用途径（浓缩CO2形成高浓度C4后，再分解成CO2传
递给C5）使其在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用，在水生植物群落中竞争力较强。根据图a 设
计一个简单的实验方案，验证黑藻的碳浓缩优势，完成下列表格。
实验设计方案
实验材料
对照组： 实验组：黑藻
实验条件
控制光照强度为 μmol·m-2·s-1
营养及环境条件相同且适宜，培养时间相同
控制条件
测量指标
(5)目前在湖边浅水区种植的沉水植物因强光抑制造成生长不良，此外，大量沉水植物叶片凋落，需及时打
捞，增加维护成本。针对这两个实际问题从生态学角度提出合理的解决措施 。
三、解答题
10．（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
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
11．（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。
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 。
12．（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：
(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______。
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
13．（2022·福建·高考真题）栅藻是一种真核微藻，具有生长繁殖快、光合效率高、可产油脂等特点。为
提高栅藻的培养效率和油脂含量，科研人员在最适温度下研究了液体悬浮培养和含水量不同的吸附式膜培
养（如图1）对栅藻生长和产油量的影响，结果如图2。
回答下列问题：
(1)实验中，悬浮培养和膜培养装置应给予相同的 （答出2 点即可）。
(2)为测定两种培养模式的栅藻光合速率，有人提出可以向装置中通入C18O2，培养一段时间后检测
18O2释
放量。你认为该方法 （填“可行”或“不可行”），理由是 。
(3)由图2 的结果可知，膜培养的栅藻虽然叶绿素含量较低，但膜培养仍具一定的优势，体现在 ① 。结合
图1，从影响光合效率因素的角度分析，膜培养具有这种优势的原因是 ② 。
(4)根据图2 的结果，对利用栅藻生产油脂的建议是 。
14．（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：
(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）。
15．（2023·广东·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
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。
(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 。
