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压轴题01 细胞代谢相关难点分析
（8 大题型精析）
命题预测
细胞代谢为高考必考主干，选择+非选择双轨覆盖，非选择为拉分核心，需重点突破。
核心考点：1. 光合-呼吸综合：聚焦物质转化、能量流动及场所联动，以流程图、曲线图表为
载体。2. 环境因子影响：重点掌握光照、CO 、温度等对代谢的动态作用，结合生产实践设
₂
题。3. 实验探究：紧扣单一变量、对照原则，强化变量控制、误差分析与长句规范表达。
2026 命题趋势：情境化与跨学科融合加强，多取材于农业、生态等真实场景，侧重考查科学
思维与知识迁移能力。备考关键：夯实核心过程，精练真题，熟练“原因分析、曲线解读、
实验设计”三类答题模板，高效提分。
高频考法
1.光合作用和细胞呼吸的过程
2.影响光合作用的因素（三类环境因素及曲线）
3.突破开放农田与密闭温室中光合作用的两类日变化曲线
4.光合作用的“三率”分析及“点”的移动规律
5.电子传递链问题
6.C4 植物、CAM 植物
7.光呼吸、光抑制与光保护
8.气孔导度、植物激素(ABA 等)对光合作用的影响
知识·技法·思维
题型01 光合作用和细胞呼吸的过程
1、共性起点：葡萄糖需在细胞质基质中先酵解为丙酮酸（不耗能，产少量 [H] 和 ATP）
2、分支走向：
（1）有氧呼吸：丙酮酸进入线粒体→第二阶段（基质，丙酮酸 + 水→CO ₂+[H]，不耗 O 但需
₂
O 存在）
₂
→第三阶段（内膜，[H]+O →水，产大量
₂
ATP）
（2）无氧呼吸：丙酮酸留在细胞质基质→第二阶段（不产 ATP，[H] 还原丙酮酸）→产物分两类（植物
/ 酵母菌：酒精 + CO ；动物
₂
/ 乳酸菌：乳酸）
3、关键提醒：
（1）无氧呼吸仅第一阶段释能，葡萄糖中 90% 以上能量留存于酒精 / 乳酸中
（2）人体细胞特例：无氧呼吸只产乳酸，CO 唯一来源是有氧呼吸
₂
题型02 影响光合作用的因素（三类环境因素及曲线）
1、光合作用（叶绿体）：
（1）光反应（类囊体）：光能→ATP+NADPH（色素吸能无需酶，后续需酶）
（2）暗反应（基质）：ATP+NADPH+CO →有机物（光反应停后，暗反应因原料剩余可短时间进行）
₂
2、细胞呼吸（细胞质基质 + 线粒体）：有机物→CO ₂+ 水 + ATP（与光合作用物质互逆、能量相反）
3、关键提醒：
CO 场所对比：动物产
₂
CO （线粒体）；酵母菌产
₂
CO （线粒体
₂
+ 细胞质基质）；植物固定 CO （叶绿体
₂
基质）；蓝细菌 / 硝化细菌（细胞质）
4、三类核心环境因素（按影响优先级排序）：
a.光照强度：影响光反应（ATP/NADPH 生成）→曲线 “低光限制→饱和稳定”
b.CO 浓度：影响暗反应（卡尔文循环）→曲线 “低浓度限制→饱和稳定”
₂
c.温度：影响酶活性（光反应 + 暗反应均受影响）→曲线 “最适温度两侧下降”
拓展：水分 / 矿质元素（如 Mg ² 影响叶绿素合成）→间接影响光合速率
⁺
题型03 突破开放农田与密闭温室中光合作用的两类日变化曲线
1、开放农田（变量：光照强度 + 温度，CO 充足）：
₂
曲线特征：清晨（光弱，光合（光合上升超呼吸）→正午（若气孔关闭，光合暂降）→下午（光合下降）
→傍晚（光合下降，逐渐消失）
2、密闭温室（变量：CO 逐渐减少，光照
₂
/ 温度变化）：
曲线特征：光合速率随 CO 消耗逐渐下降（正午可能因
₂
CO 不足出现 “低谷”，与开放农田的 “气孔关
₂
闭低谷” 成因不同）
3、关键区分：拐点成因（开放看 “光照 / 气孔”，密闭看 “CO ”）
₂
题型04 光合作用的“三率”分析及“点”的移动规律
1.深度解读总光合速率与呼吸速率的关系
(1)如果图1 的实验对象是离体的叶肉细胞，则图2 中的甲图对应的是图1 中的A 点，乙图对应图1 中的AB
段(不含A、B 两点)，丙图对应图1 中的B 点以后(不含B 点)，丁图对应图1 中的B 点。
(2)如果图1 的实验对象是叶片或者植株，则图1 中的A 点、B 点、C 点分别对应图2 中的甲图、丙图和丙
图。
(3)如果实验对象是离体的叶绿体，则图1 不能(填“能”或“不能”)表示光照强度对其光合速率的影响，
原因是叶绿体不能进行细胞呼吸，因此光照强度为0 时其CO2 吸收量应为0，光照强度大于0 时其CO2 吸收
量应大于0。
2.光补偿点、光饱和点的移动
特别提醒：
1、呼吸速率上升（如升温）：CO ₂/ 光补偿点右移（需更强光照 / 更高 CO 抵消呼吸消耗）
₂
2、呼吸速率下降（如降温）：CO ₂/ 光补偿点左移
3、光合能力增强（如增色素 / 酶活性）：光饱和点（C 点）右移，最大光合速率（D 点）右上移
4、光合能力减弱（如缺 Mg ² ）：
⁺
C 点左移，D 点左下移
题型05 电子传递链问题
光合磷酸化和氧化磷酸化
题型06 C4 植物、CAM 植物
类型1 C4植物的CO2浓缩机制
• 机制：叶肉细胞（含 PEP 羧化酶）先固定 CO 生成
₂
C4→C4 运输到维管束
鞘细胞→释放 CO →供卡尔文循环（
₂
Rubisco 所在）
• 优势：PEP 羧化酶对 CO 亲和力高，可降低光呼吸
₂
类型2 景天科植物(CAM 植物)的CO2浓缩机制
• 机制：夜间（气孔开放）固定 CO 生成有机酸→白
₂
天（气孔关闭）有机酸释放 CO →供卡尔文循环
₂
• 优势：减少白天水分散失，同时保证光合原料
题型07 光呼吸、光抑制与光保护
类型1 光呼吸
光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。Rubisco 既可催化C5(RuBP)与CO2反应参与卡尔文循
环，又可催化C5与O2反应进行光呼吸，其催化方向受CO2和O2的相对浓度影响。
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%。
•分子机制：Rubisco 同时结合 CO ₂/O （竞争关系）→ 高
₂
O 低
₂
CO 时，催化
₂
C5 与 O 反应（光呼
₂
吸）；高 CO 低
₂
O 时，催化
₂
C5 与 CO 反应（卡尔文循环）
₂
•特点：高耗能（损耗 25%~30% 光合产物），是光合的 “无效消耗”
类型2 光抑制与光保护 类型3 光合产物及运输
• 光抑制：强光导致光合速率下降（过量光能损伤光合系统）
• 光保护机制：① 叶黄素耗散多余光能；② 光呼吸消耗过剩 ATP/NADPH；③ 气孔关闭减少 CO 摄入
₂
（间接降低光合压力）
• 主要产物：蔗糖（运输形式）、淀粉（储存形式，叶绿体中合成）
• 运输路径：叶肉细胞→韧皮部筛管→全身各器官（优先供给生长旺盛部位，如根尖、幼叶）
题型08 气孔导度、植物激素(ABA 等)对光合作用的影响
1、气孔的开闭与影响气孔开闭的因素
(1) 气孔开闭的机理与影响因素
核心机理：保卫细胞吸水（气孔开放）、失水（气孔关闭）→ 受细胞内 K 浓度、渗透压调节
⁺
（2）关键影响因素：
a.环境因素：光照（促进开放）、湿度（低湿度促进关闭）、CO 浓度（高浓度促进关闭）
₂
b.（3）激素因素：ABA（脱落酸）→ 促进保卫细胞失水→气孔关闭（干旱时，植物通过合成 ABA 减少水
分散失，同时降低 CO 供应）
₂
2、气孔导度对细胞代谢的影响
（1）气孔限制：气孔关闭→CO 供应不足→暗反应受阻→光合下降（如正午高温干旱）
₂
（2）非气孔限制：叶绿素含量下降、酶活性降低等→即使 CO 充足，光合仍下降（如植物衰老、重金属
₂
毒害）
典例·靶向·突破
题型01 光合作用和细胞呼吸的过程
叶绿体膜上存在着同时转运ATP、ADP 和Pi 的载体蛋白NTT，三者的浓度梯度均是驱动NTT 转运物质的
必要条件。在黑暗条件下，NTT 可以将ATP 从细胞质基质转运到叶绿体基质，同时将ADP 和Pi 进行反向转
运。下列叙述正确的是（ ）
A．NTT 转运物质时需与ATP、ADP、Pi 同时结合，才能触发自身构象改变
B．光照充足的条件下，NTT 转运物质的效率可能会下降
C．黑暗条件下，细胞质基质中供给叶绿体的ATP 仅来自线粒体的有氧呼吸
D．黑暗条件下，NTT 转运ATP 的方式为协助扩散，转运ADP 和Pi 的方式为主动运输
【答案】B
【详解】A、NTT 作为同时转运ATP、ADP 和Pi 的载体蛋白，其转运过程需要三种物质的浓度梯度驱动，但
并不意味着必须同时结合三者才能触发构象改变，载体蛋白的构象改变可能分步发生，A 错误；
B、在光照充足条件下，叶绿体通过光反应合成ATP，导致叶绿体基质内ATP 浓度升高，ADP 和Pi 浓度降
低，从而减少了细胞质基质与叶绿体之间ATP、ADP 和Pi 的浓度梯度，由于浓度梯度是驱动NTT 转运的必
要条件，梯度减小可能导致转运效率下降，B 正确；
C、黑暗条件下，细胞质基质中的ATP 不仅可来自线粒体的有氧呼吸，还可来自细胞质基质中的无氧呼吸
（糖酵解）等过程，C 错误；
D、根据题干，三者的浓度梯度均是驱动转运的必要条件，说明转运是顺浓度梯度进行的，黑暗条件下，
ATP 从细胞质基质进入叶绿体基质，ADP 和Pi 从叶绿体基质运出，均属于协助扩散，D 错误。
故选B。
题型02 影响光合作用的因素（三类环境因素及曲线）
为探究蔗糖转运蛋白基因（A）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）、A 基因敲除突变体（KO）及A 基因过量表达株（OE），测定了灌浆期旗叶（位于植株最顶端）叶
绿素含量、蔗糖含量和净光合速率，结果见下表。回答下列问题。
叶绿素含量
（mg⋅g-1）
蔗糖含量（mg⋅g-1）
净光合速率
（umol⋅m2⋅s-1）
WT
4
38
24
KO
3.2
52
20.3
OE
4.6
28
27.7
(1)为测定水稻叶片的叶绿素含量，可用__________提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素
的含量，为减少类胡萝卜素的干扰，应选择__________（填“蓝紫光”或“红光”）来测定叶绿素含量。
(2)结合上表分析蔗糖转运蛋白基因（A）过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①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，光反应为暗反应提供了更多的__________，从
而提高了净光合速率；②__________。
(3)下图表示光照强度一定时，不同温度对水稻植株CO2吸收量和释放量的影响情况[单位：mg（m2/h）]。
请回答下列问题：
温度从20℃上升到30℃的整个过程中，植物体内有机物的量会__________（填“增加”、“先增加后减
少”、“减少”或“无法判断”）。当温度升高到a 点对应温度时，叶肉细胞的光合作用速率__________
（填“大于”“小于”或“等于”）呼吸作用速率。
【答案】(1) 无水乙醇 红光
(2) ATP 和NADPH 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
(3) 增加 大于
【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，其中光反应包括水的光解和ATP 的生成，暗反应包括二
氧化碳的固定和三碳化合物的还原等。光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收、传递和转换
光能，并将一部分光能用于水的光解生成NADPH 和氧气，另一部分光能用于合成ATP，暗反应发生场所是
叶绿体基质中。
【详解】（1）叶绿素属于有机物，易溶于有机溶剂，因此常用无水乙醇提取叶绿素；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，选择红光测定叶绿素含量可以减少类胡萝卜素的干扰。
（2）光合作用主要包括光反应和暗反应阶段，其中光反应为暗反应中C 的还原提供
₃
ATP 和NADPH；结合表
格可知，蔗糖转运蛋白基因过量表达株的叶片蔗糖含量显著降低，说明该基因过量表达会促进蔗糖从光合
叶片输出，减少蔗糖在叶片的积累，减弱了蔗糖积累对光合作用的抑制作用，即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。
（3）图中虚线是光照下CO 吸收量，代表整株植物的净光合速率，
₂
20℃升到30℃的过程中，净光合速率
始终大于0，植物持续积累有机物，因此有机物总量一直增加；a 点时整株植物的净光合速率等于整株呼吸
速率（净光合>0），故叶肉细胞光合作用速率大于呼吸作用速率。
题型03 突破开放农田与密闭温室中光合作用的两类日变化曲线
细胞代谢中ATP 合成酶的三维结构在2018 年被测定，对其工作机制的研究在2019 年有了突破性进
展。如图1 是光合作用部分过程示意图，请据图分析并回答。
(1)植物细胞中含有ATP 合成酶的生物膜除图中外还有_______ 。ATP 合成酶也是运输H+的载体，其在跨膜
H+浓度梯度推动下合成ATP，由此可推测H+跨膜运输方式为_______。
(2)图1 中①侧所示的场所是_______；物质甲从产生部位扩散至细胞外至少需要经过______层磷脂分子。
(3)为进一步了解植物代谢机制，研究人员在密闭恒温玻璃温室内进行植物栽培试验。连续48h 测定温室内
CO2浓度、植物CO2吸收和释放速率，得到图2 所示曲线（整个过程中呼吸作用强度恒定）。请据图分析并
回答：
①如相同光照周期，改用遮阳网覆盖温室（网内光强为自然光强的1/3），c 点的位置将_____。
②图2 中植物呼吸速率与光合速率相等的时间点有____个。实验中该植物前24 小时有机物积累量______
（选填<、=、>）后24 小时有机物积累量。
(4)植物叶肉细胞在光照下存在一种吸收O2释放CO2的反应，这种反应仅在光下发生，需要叶绿体参与，并
与光合作用同时发生，称作光呼吸。光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧、低二氧化碳情况下
发生的一个生化过程，如图所示。回答下列问题：
①在光照条件下，Rubisco 催化C5固定CO2生成C3，该过程发生在__________（填场所）中，________（填
“需要”或“不需要”）消耗光反应产生的ATP 和还原氢，叶肉细胞中C5固定的CO2可以来自外界环境，
还可以来自________。
②Rubisco 还可以催化C5与O2反应，推测O2和CO2的比值_______（填“高”或“低”）时，有利于光呼吸
而不利于光合作用，由此写出一项提高温室中植物光合速率的具体措施：_____。
③在强光下，光反应转换的能量超过暗反应的需要，会对细胞造成伤害，此时光呼吸可以对细胞起到保护
作用，理由是__________，以防止它们的积累影响植物代谢。
【答案】(1) 线粒体内膜 协助扩散
(2) 叶绿体基质 8
(3) 上移 4 ＜
(4) 叶绿体基质 不需要 光呼吸和细胞呼吸 高 增施农家肥，提高温室中CO2 的浓
度 光呼吸可以消耗过剩的能量
【分析】题图分析，图1 中有水的光解和ATP 合成的过程，图1 的②侧是叶绿体类囊体薄膜，是光合作用
光反应的场所，甲为氧气，图1 中的①侧是叶绿体基质，是发生暗反应的过程。图中ATP 合成过程消耗的
是氢离子的电化学梯度势能；图2 中的CO2 吸收速率为可表示该植物的净光合速率，室内CO2 浓度变化可
表示该植物有机物的积累量。从曲线可知实验的前3 小时内植物只进行呼吸作用，6h 时叶肉细胞呼吸速率
与光合速率相等，此时细胞既不从外界吸收也不向外界释放CO2，其呼吸产生的CO2 正好供应给光合作
用，所以呼吸速率与光合速率相等的时间点有4 个，即6、18、30、42 小时。
【详解】（1） 植物细胞中含有ATP 合成酶的生物膜除图中所示的叶绿体类囊体薄膜外，还有线粒体内
膜，该处可以发生有氧呼吸的第三阶段，产生大量的ATP。结合图示可知，ATP 合成酶也是运输H+的载
体，其在跨膜H+浓度梯度推动下合成ATP，由此可推测H+跨膜运输方式为协助扩散。
（2）图1 中有水的光解和ATP 合成的过程，图1 的②侧是叶绿体类囊体薄膜，是光合作用光反应的场所，
图1 中的①侧是叶绿体基质，是发生暗反应的过程。物质甲是光反应的产物氧气，其从产生部位扩散至细
胞外需要经过类囊体薄膜（1 层膜）、叶绿体膜（2 层膜）、细胞膜（1 层膜），共4 层膜，每层膜有2 层
磷脂分子，所以至少需要经过8 层磷脂分子。
（3）①如改用遮阳网覆盖温室进行实验，则光合速率下降，利用的二氧化碳减少，因此实验结束后室内
二氧化碳将升高，即c 点的位置将上移。
②当呼吸速率与光合速率相等时，从外界吸收CO2 速率为零，据曲线可知，呼吸速率与光合速率相等的时
间点有4 个，即6、18、30、42 小时。由温室内CO2 浓度变化曲线看出，前24 小时温室中CO2 浓度不变，
说明该时段内植物有机物无积累，而后24 小时CO2 浓度减少，而减少的二氧化碳是被植物吸收用于积累有
机物的过程，说明该时段内植物体内有机物有积累，因此可说明前24 小时有机物积累量＜后24 小时有机
物积累量。
（4）①在光照条件下，Rubisco 催化C5 与CO2 反应生成C3 的过程称为CO2 的固定，该过程发生在叶绿体
基质中，不需要消耗光反应产生的ATP 和还原氢，C5 固定的CO2 可以来自光呼吸、细胞呼吸和外界环境
（大气）。
②由题干信息可知，当O2 浓度较高、CO2 浓度较低时，即O2 和CO2 的比值高时，有利于光呼吸而不利于光
合作用，要想提高温室中植物的光合速率，可以适当提高温室中CO2 的浓度（比如可增施农家肥），提高
暗反应速率。
③当光反应转换的能量超过暗反应需要时会伤害细胞，由题图分析可知，光呼吸可以消耗过剩的能量
（ATP 和NADPH），对细胞起到保护作用，以防止它们的积累影响植物代谢。
题型04 光合作用的“三率”分析及“点”的移动规律
北极柳主要生长于2000~2800 米的高山冻原上，是一种耐高寒植物。如图为20℃时北极柳植株光合作
用和细胞呼吸过程中气体含量的变化（不考虑横坐标和纵坐标单位的具体表示形式，单位的表示方法相
同，制造有机物的量用纵轴的气体量表示），且该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为15℃和
20℃。下列叙述正确的是（ ）
A．B 点时叶肉细胞产生ATP 的场所只有线粒体
B．若曲线代表CO2吸收量，据图分析BC 段限制光合作用的因素是CO2浓度
C．若曲线代表CO2吸收量，温度降为15℃后，A 点上移，B 点左移
D．若曲线代表O2释放量，光照强度为8 时，植物产生的O2量为16
【答案】C
【详解】A、图示曲线为北极柳植株的光合作用、呼吸作用过程中相关气体含量变化曲线，B 点时气体变化
是0，说明此时植物的光合速率等于呼吸速率，则叶肉细胞产生ATP 的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿
体，A 错误；
B、若曲线代表CO2 吸收量，BC 段随光照强度增大，CO2 的吸收量也在增大，故BC 段限制光合作用的因素
是光照强度，B 错误；
C、图中丨OA 丨可表示植物的呼吸作用强度，B 是光补偿点，该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别
为15℃和20℃，图示为20℃条件，即呼吸作用最适温度测得的曲线，温度降为15℃后，呼吸作用降低，
光合作用增强，A 点上移，B 点左移，C 正确；
D、植物产生的O2 量指总光合作用，其值为净光合作用+呼吸作用，故为8+4=12，D 错误。
故选C。
题型05 电子传递链问题
据材料回答问题：
材料1：光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括
光系统Ⅰ（PS Ⅰ）和光系统Ⅱ（PS Ⅱ）。
材料2：电子传递过程是高电势到低电势，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌（PQ）利用这部分能
量将质子（H+）逆浓度从叶绿体基质侧泵入囊腔侧，从而建立了质子浓度（电化学）梯度。类囊体膜对质
子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP 合成酶顺浓度梯度流出，而ATP 合成酶利
用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。
材料3：研究发现，PS Ⅱ光复合体上的蛋白质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）。LHC Ⅱ与PS Ⅱ的分离依赖LHC 蛋白激酶的催化。
(1)图1 中O2是水光解的产物，其中需要的光能是通过_____（填“PS Ⅰ”或“PS Ⅱ”）吸收利用的。电子
传递链中电子供体是_____；最终电子受体是_____。同一个细胞，水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最
少要穿过_____层膜。
(2)质体醌（PQ）传递质子的运输方式为_____，H+通过ATP 合酶的运输方式为_____。ATP 合酶的功能
_____。
(3)叶肉细胞内LHC 蛋白激酶活性下降，PS Ⅱ光复合体对光能的捕获_____（“增强”“减弱”），根据材
料信息并结合图2 说明，弱光下植物调节捕获光能的机制_____。
【答案】(1) PS Ⅱ H2O NADP+ 5
(2) 主动运输 协助扩散 催化ATP 合成、运输H+
(3) 增强 弱光下，LHC 蛋白激酶活性降低，LHC Ⅱ与PS Ⅱ分离减少，PS Ⅱ光复合体捕获光能增
强
【详解】（1）从图1 可知，水光解产生O2 需要的光能是通过PS Ⅱ吸收利用的。水光解产生电子、氧气和
H+，所以电子传递链中电子供体是H2O。NADP+接受电子并与H+在PSI 处结合形成NADPH，因此最终电子受
体是NADP+。水光解产生O2 的场所是类囊体腔，O2 若被同一个细胞的有氧呼吸利用，需要从类囊体腔穿出
类囊体膜（1 层）、穿出叶绿体膜（2 层）、进入线粒体膜（2 层），共穿过5 层膜。
（2）材料2 表明，质体醌（PQ）利用电子传递过程中释放的能量将质子（H+）逆浓度从叶绿体基质侧泵入
囊腔侧，这种运输方式是主动运输。类囊体内的高浓度质子通过ATP 合成酶顺浓度梯度流出，H+通过ATP
合酶的运输方式为协助扩散。从材料2 可知，ATP 合酶既能催化ATP 的合成，还能运输H+。
（3）材料3 指出，LHC Ⅱ与PS Ⅱ的分离依赖LHC 蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC 蛋白激酶活性下降，
LHC Ⅱ与PS Ⅱ分离减少，更多的LHC Ⅱ与PS Ⅱ结合，会增强PS Ⅱ光复合体对光能的捕获。依据材料3 和
图2，弱光下LHC 蛋白激酶活性降低，LHC Ⅱ与PS Ⅱ分离减少，更多的LHC Ⅱ与PS Ⅱ结合，从而增强对光
能的捕获，以适应弱光环境。
题型06 C4 植物、CAM 植物
1、C4途径是除卡尔文循环（C3途径）外的另一种独特的CO2固定途径，因固定CO2的最初产物是四碳化合
物而得名，具有C4途径的植物称之为C4植物。沙拐枣是甘肃荒漠生态系统中重要的C4植物。如图为沙拐枣
的叶肉细胞和维管束鞘细胞（叶绿体无基粒）中部分物质代谢过程，其中Rubisco 和PEP 羧化酶代表参与
代谢的酶。请回答下列问题：
(1)沙拐枣叶片光反应发生在______的叶绿体中，固定CO2的细胞是_____________。
(2)在相同的高温、高光照环境下，C4植物的光能转化为糖类中化学能的效率比C3植物几乎高两倍，从酶
的角度分析，原因可能是____________________。通过苹果酸定向运输和转化，提高了_______细胞中的
CO2浓度，进而提高了光能转化效率。
(3)结合呼吸作用及图示分析，沙拐枣维管束鞘细胞中的丙酮酸可来自___________，叶肉细胞中丙酮酸可
用于___________________。
(4)结合呼吸作用及图示分析，参与卡尔文循环的CO2可来自_____（填物质），丙糖磷酸的去处有合成淀
粉、________。
【答案】(1) 叶肉细胞 叶肉细胞和维管束鞘细胞
(2) PEP 羧化酶与CO2 的亲和力大于Rubisco 维管束鞘
(3) 有氧呼吸第一阶段（或葡萄糖的分解）、苹果酸的分解 有氧呼吸第二阶段（或生成CO2）、
PEP 的形成（或PEP 的再生）
(4) 丙酮酸，苹果酸 合成蔗糖
【分析】光合作用包括光反应和暗反应阶段：1、光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。叶绿体中光合
色素吸收的光能将水分解为氧和H+，氧直接以氧分子的形式释放出去，H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结
合，形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH），还原型辅酶Ⅱ作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时
也储存部分能量供暗反应阶段利用。在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP 与Pi 反应形成ATP。2、
暗反应在叶绿体基质中进行，在特定酶的作用下，二氧化碳与五碳化合物结合，形成两个三碳化合物。在
有关酶的催化作用下，三碳化合物接受ATP 和NADPH 释放的能量，并且被NADPH 还原。一些接受能量并被
还原的三碳化合物，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三碳化合
物，经过一系列变化，又形成五碳化合物。
【详解】（1）沙拐枣叶片的维管束鞘细胞中的叶绿体无基粒，不能进行光反应，因此沙拐枣叶片的光反
应发生在叶肉细胞的叶绿体中。叶肉细胞可将CO2 在PEP 羧化酶的催化下生成草酰乙酸，结合C3 途径，
CO2 的固定可发生在叶肉细胞和维管束鞘细胞。
（2）在相同的高温、高光照环境下，C4 植物的光能转化为糖类中化学能的效率比C3 植物几乎高两倍，说
明PEP 羧化酶与CO2 的亲和力大于Rubisco，能够将更多的CO2 固定下来，再通过苹果酸定向运输和转化，
提高维管束鞘细胞中CO2 的浓度，进而提高光能转化效率。
（3）结合呼吸作用及图示可得出，沙拐枣维管束鞘细胞中的丙酮酸可来源于有氧呼吸第一阶段葡萄糖的
分解、苹果酸的分解，而叶肉细胞中丙酮酸可用于有氧呼吸第二阶段生成CO2、PEP 的形成。
（4）结合呼吸作用及图示分析，参与卡尔文循环的CO2 来自丙酮酸和苹果酸。由图可知，丙糖磷酸可合成
淀粉，还可合成蔗糖，随后运入维管束。
2、CAM 植物（如仙人掌）适应干旱环境的能力极强，其独特的CO2固定时间分配机制可减少水分散失，该
机制是植物适应性进化的典型案例。下列关于CAM 植物（如仙人掌）CO2固定特点的叙述，正确的是
（ ）
A．白天开放气孔吸收CO2，夜间进行卡尔文循环
B．夜间开放气孔吸收CO2，生成苹果酸储存在液泡中
C．叶肉细胞和维管束鞘细胞分工完成CO2固定
D．光合速率不受光照强度影响
【答案】B
【详解】A、CAM 植物在白天关闭气孔以减少水分散失，因此白天不开放气孔吸收CO ；其卡尔文循环（暗
₂
反应）主要在白天利用夜间固定的CO 进行，
₂
A 错误；
B、CAM 植物在夜间开放气孔吸收CO ，通过
₂
PEP 羧化酶固定CO 生成草酰乙酸，并转化为苹果酸储存于液
₂
泡中；白天再释放CO 供卡尔文循环使用，
₂
B 正确；
C、叶肉细胞与维管束鞘细胞分工协作是C4 植物（如玉米）的特点，CAM 植物仅由叶肉细胞完成CO 固定与
₂
卡尔文循环，C 错误；
D、光照强度直接影响光反应阶段ATP 和[H]的合成，进而影响卡尔文循环速率，因此CAM 植物的光合速率
仍受光照强度影响，D 错误。
故选B。
题型07 光呼吸、光抑制与光保护
1、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，叶肉细胞内因NADP+不足、O2浓度过高，会生成一系列光有毒产物，若这些物质不能及时清理，会攻
击叶绿素和PS Ⅱ反应中心（参与光反应的色素-蛋白质复合体）的D1 蛋白，使D1 蛋白高度磷酸化，并形
成D1 蛋白交联聚合物，从而损伤光合结构。而类胡萝卜素能清除光有毒产物，有保护叶绿体的作用（部分
过程如下图）。请回答下列问题：
(1)PS Ⅱ反应中心位于________上，强光条件下，叶肉细胞内O2浓度过高的原因有__________。
(2)Rubisco 是一个双功能酶，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相对浓度。强光下叶肉细胞的光呼吸会增强，原因有
____________。光呼吸抵消了约30%的光合储备能量，但光呼吸对光合作用不完全是消极的影响，光呼吸
还会________（填“增强”或“缓解”）光抑制，对细胞有重要的保护作用。
(3)D1 蛋白是PS Ⅱ反应中心的关键蛋白，D1 蛋白受损会影响光反应的正常进行。植物在长期进化过程中形
成了多种方法来避免或减轻光抑制现象，例如，减少光的吸收、适度的光呼吸、____________等（答出1
点即可）。
(4)为研究光抑制后D1 蛋白的修复过程，科学家利用光抑制处理的菠菜叶圆片按如下流程进行实验：光抑
制处理的叶圆片→叶绿体蛋白质合成阻断剂（作用时长有限）溶液浸泡→取出叶圆片→弱光（或暗）处理
不同时间→测量结果，实验数据如下表：
指标
处理条
件
处理时间
0
lh
2h
7h
D1 蛋白总量（%）
弱光
100
66.
7
65.8
70.5
暗
100
92.
4
92.5
92.3
D1 蛋白磷酸化比例
（%）
弱光
74
55.
2
54.4
57.1
暗
74
73.
4
72.2
72.7
D1 蛋白交联聚合物比例
（%）
弱光
0.25
0.0
5
0.01
0.01
暗
0.25
0.2
4
0.23
0.25
①表中数据说明光抑制叶片中D1 蛋白的降解依赖于________条件，D1 蛋白的降解过程会使D1 蛋白磷酸化
比例、D1 蛋白交联聚合物比例均________（填“升高”、“不变”或“降低”）。
②为研究D1 蛋白降解过程是先发生D1 蛋白去磷酸化，还是先发生D1 蛋白交联聚合物解聚，科学家用氟化
钠处理叶片抑制D1 蛋白去磷酸化后，结果显示D1 蛋白总量几乎无变化，但D1 蛋白交联聚合物则明显减
少。据此写出D1 蛋白降解过程：D1 蛋白降解依赖的环境条件→_________→______→D1 蛋白降解。
③弱光处理7h 后，D1 蛋白总量略微增加最可能的原因是_______。
【答案】(1) 类囊体薄膜 强光条件下，光反应增强产生更多的O2；气孔关闭，叶肉细胞释放的
O2 量减少
(2) 叶肉细胞内O2 浓度升高，CO2 浓度降低，Rubisco 更倾向于催化C5 与O2 发生反应 缓解
(3)提高光合速率从而增加对光的利用
(4) 弱光 降低 D1 蛋白交联聚合物解聚 D1 蛋白去磷酸化 7h 时叶圆片中蛋白质合
成阻断剂的抑制作用几乎消失，有少量的D1 蛋白合成
【分析】 光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸
收、传递和转换光能，并将一部分光能用于水的光解生成NADPH 和氧气，另一部分光能用于合成ATP，暗
反应发生场所是叶绿体基质中，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三
碳化合物，三碳化合物利用光反应产生的NADPH 和ATP 被还原。
【详解】（1）PS Ⅱ反应中心是参与光反应的色素一蛋白质复合体，光反应的场所是类囊体薄膜，因此
PS Ⅱ反应中心位于类囊体薄膜；强光条件下，光反应增强产生更多的O2，气孔关闭，叶肉细胞释放的O2
量减少。
（2）分析题意，Rubisco 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 相对浓度，强光下叶肉细胞内，O2
浓度升高，CO2 浓度降低，O2 在Rubisco 的竞争中占优势，Rubisco 更倾向于催化C5 与O2 发生反应，光呼
吸增强，光呼吸会缓解光抑制，是因为光呼吸可以消耗过多的能量和O2，减少光有毒产物的生成，减少对
光合结构的损伤。
（3）D1 蛋白是PS Ⅱ反应中心的关键蛋白，D1 蛋白受损会影响光反应的正常进行，导致ATP、NADPH 合成
减少，进而影响到C3 的还原。植物在长期进化过程中形成了多种方法来避免或减轻光抑制现象，例如，减
少光的吸收、提高光合速率从而增加对光的利用；增加过剩光能的耗散能力；增强对光有毒产物的清除能
力等。
（4）分析题意，本实验目的是研究光抑制后D1 蛋白的修复过程，结合表格信息可知，实验的自变量是处
理条件和处理时间，因变量是D1 蛋白情况。
①分析表格数据可知，随处理时间延长，弱光处理下D1 蛋白总量降低，但暗处理下其变化不大，说明光抑
制叶片中D1 蛋白的降解依赖于弱光条件；D1 蛋白含量较高的暗处理条件下，D1 蛋白磷酸化比例和D1 蛋白
交联聚合物比例均较高，据此推测D1 蛋白修复过程会使 D1 蛋白磷酸化比例、D1 蛋白交联聚合物比例均降
低。
②分析题意，科学家用氟化钠处理叶片抑制 D1 蛋白去磷酸化后，结果显示D1 蛋白几乎无变化，但D1 蛋
白交联聚合物则明显减少，据此可写出D1 蛋白降解过程为：D1 蛋白降解依赖的环境条件→D1 蛋白交联聚
合物解聚→D1 蛋白去磷酸化→D1 蛋白降解。
③由于叶绿体蛋白质合成阻断剂的作用时长有限，7h 时叶圆片中蛋白质合成阻断剂的抑制作用几乎消失，
有少量的D1 蛋白合成，故弱光处理7h 后，D1 蛋白总量略微增加。
2、光胁迫影响植物的生长和生存，为减轻过量光对自身造成的不利影响，植物会做出一系列保护措施，
如叶绿体避光运动（强光照射时叶绿体向细胞两侧移动，使其与入射光方向平行，以避免吸收过多的
光）、光呼吸加强等，回答下列问题：
Ⅰ．叶片长时间暴露在强光下会“失绿”，有观点认为“失绿”是因为叶绿素发生了降解，为探究该观点
的正确性，某研究小组采用拟南芥野生型（WT）和突变体（chup1，缺乏避光运动）进行实验，将二者的
叶片分别放在弱光和强光下，其中强光组只对叶片中部留出的一条缝进行强光照射，其他部分遮光，叶片
颜色如图1。
(1)据图1 初步推断，强光下叶片“失绿”不是由______引起的，应该是由于______，作出该判断的理由是
______。
(2)欲进一步确定上述推断，可用______（填试剂）提取强光与弱光下叶片中的光合色素，通过______法
分离色素，然后比较______。
Ⅱ．光照过强会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。一般认为在强光下由于NADP+不足，导致电子
积累，损伤光合结构。光合作用中的Rubisco 是一种双功能酶，它既能催化RuBP（C5）与CO2反应进行光
合作用，又能在氧浓度较高时催化C5与O2反应进行光呼吸（如图2）。
(3)请从光反应和暗反应联系的角度分析强光下NADP+不足的原因：______；
(4)光合作用中Rubisco 在______（细胞结构）中起作用，光呼吸途径可有效减弱光抑制现象，原因是
______。
【答案】(1) 叶绿素降解 叶绿体避光运动 缺乏避光机制的突变体在强光下没有出现叶片变
浅的现象，说明该变化不是由于叶绿素降解，而是由叶绿体向细胞两侧运动引起的
(2) 无水乙醇 纸层析 滤纸条上叶绿素条带的宽窄
(3)强光下，光反应产生的NADPH 多于暗反应消耗的，导致NADP+供应不足
(4) 叶绿体基质 通过光呼吸途径消耗NADPH 增多，可缓解NADP+不足现象，避免电子积累引起的
光合结构损伤
【分析】光合作用：（1）光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP 和NADPH 的生成；（2）
暗反应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。
【详解】（1）实验结果表明，缺乏避光机制的突变体在强光下没有出现叶片变浅的现象，而野生型有叶
片变浅现象，说明该变化不是由于叶绿素降解，而是由于叶绿体向细胞两侧运动。
（2）若要进一步确定上述推断，可以提取、分离不同光照下叶片中的光合色素，提取试剂为无水乙醇，
分离方法为纸层析法，最终比较滤纸条上的叶绿素条带宽窄确认是否是由叶绿素分解导致的。
（3）在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体膜上的色素捕获后，将水分解，形成ATP 和NADPH，ATP 和
NADPH 驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2 转化为储存化学能的糖类。从光反应、暗反应联系的角
度分析，强光条件下，光反应产生的NADPH 多于暗反应消耗的，导致NADP+供应不足。
（4）由题图可知，Rubiseo 参与卡尔文循环，所以作用的部位应该是叶绿体基质。光抑制是光照过强导致
光合速率下降的现象，一般认为在强光下由于NADP+不足，导致电子积累，损伤光合结构，而通过光呼吸
途径，使NADPH 消耗增多，可缓解NADP+不足现象，从而有效减弱光抑制现象，避免电子积累引起的光合
结构损伤。
题型08 气孔导度、植物激素(ABA 等)对光合作用的影响
1、为研究干旱胁迫对玉米的影响，科研人员检测了4 组不同水分供应条件下，玉米幼苗的净光合速率、气
孔导度和胞间CO2浓度随时间的变化，第15 天时，各组恢复正常水分供应，结果如图所示。回答下列问
题：
注：CK 组给予田间最大持水量的75%～80%（正常水分处理），LD 组给予田间最大持水量的55%～60%（轻
度干旱胁迫），MD 组给予田间最大持水量的40%～45%（中度干旱胁迫），SD 组给予田间最大持水量的30%
～35%（严重干旱胁迫）。
(1)本实验的自变量为____和____，实验中玉米幼苗的净光合速率可用____（答出1 点）表示。
(2)经轻度干旱胁迫处理6 天的玉米幼苗净光合速率低的限制因素__（填“是”或“不是”）气孔导度，理
由是_______。
(3)胞间CO2的来源一般有两个，分别是____和____。
(4)合理灌溉可以有效缓解干旱胁迫，但是不同的灌溉方法有不同的效果。常用的灌溉方法有滴灌和喷
灌，请设计实验，探究干旱胁迫下灌溉玉米幼苗适合用滴灌还是喷灌，简要写出实验思路：
_____________。
【答案】(1) 干旱胁迫处理的天数 干旱程度 单位时间内单位面积玉米幼苗吸收CO2 的量、
单位时间内单位面积玉米幼苗释放O2 的量、单位时间内单位面积玉米幼苗有机物的积累量
(2) 不是 经轻度干旱胁迫处理6 天的玉米叶片的胞间CO2 浓度与对照组基本相同
(3) 细胞呼吸作用（释放） 从外界吸收
(4)选取生长状况相同的玉米幼苗若干，随机均分为两组，分别标记为A 组和B 组，在同样干旱胁迫条件
下，A 组采用滴灌方式灌溉，B 组采用喷灌方式灌溉，其他条件相同且适宜，一段时间后，分别检测两组玉
米幼苗的生长状况（或净光合速率、气孔导度、胞间CO2 浓度等指标），比较两组的差异
【分析】影响光合作用的环境因素。
1.温度对光合作用的影响：在最适温度下酶的活性最强，光合作用强度最大，当温度低于最适温度，光合
作用强度随温度的增加而加强，当温度高于最适温度，光合作用强度随温度的增加而减弱。
2.二氧化碳浓度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随二氧化碳浓度的增加而增强。当二氧
化碳浓度增加到一定的值，光合作用强度不再增强。
3.光照强度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随光照强度的增加而增强。当光照强度增加
到一定的值，光合作用强度不再增强。
【详解】（1）图中横坐标代表干旱胁迫处理的天数，每条曲线代表不同的干旱程度，则自变量为干旱胁
迫处理的天数和干旱程度；可通过检测单位时间内单位面积玉米幼苗O2 的释放量、CO2 的吸收量或有机物
的积累量来表示净光合速率。
（2）经轻度干旱胁迫处理6 天的玉米幼苗净光合速率低的限制因素不是气孔导度，因为CO2 通过气孔进入
植物叶片，而经轻度干旱胁迫处理6 天的玉米叶片的胞间CO2 浓度与对照组基本相同。
（3）胞间CO2 的来源主要有两个：一是植物细胞通过呼吸作用产生的CO2，这部分CO2 会从细胞质中释放
到胞间；二是外界环境中的CO2 通过气孔进入叶片内部，成为胞间CO2 的另一部分来源。
（4）实验目的是探究干旱胁迫下灌溉玉米幼苗适合用滴灌还是喷灌，因此实验自变量为灌溉的方式，因
此实验思路：选取生长状况相同的玉米幼苗若干，随机均分为两组，分别标记为A 组和B 组，在同样干旱
胁迫条件下，A 组采用滴灌方式灌溉，B 组采用喷灌方式灌溉，其他条件相同且适宜，一段时间后，分别检
测两组玉米幼苗的生长状况（或净光合速率、气孔导度、胞间CO2 浓度等指标），比较两组的差异。
2、重金属铅（Pb）胁迫会显著降低叶绿素含量，浓度过高时还会破坏叶绿体结构和功能，影响植物光合
速率。硅（Si）可参与硅化细胞的形成来调控气孔导度，
有助于增大气孔导度。为研究不同类型硅肥对
不同浓度Pb 胁迫下棉花光合作用的影响，实验中使用有机硅肥（50g/L 的Si+50g/L 的有机质）和无机硅
肥（50g/L 的Si+50g/L 的K ₂ O）处理，结果如下表。
土壤
类型
处理方式
叶绿
素相
对含
量
净光合速率
/（μmol⋅
⋅
）
气孔导度
/（mol⋅
⋅
）
胞间CO2浓度
/（μmol⋅
）
土壤1
（低
浓度
Pb）
CK
（空白对
照）
42.5
12.8
0.17
268.3
有机硅肥
49.2
14.3
0.26
260.5
无机硅肥
52.5
16.5
0.34
256.1
土壤2
（高
浓度
Pb）
CK
（空白对
照）
31.2
8.5
0.11
242.6
有机硅肥
32.3
8.6
0.12
258.4
无机硅肥
31.9
8.7
0.16
260.2
(1)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。使用无水乙醇
提取绿叶中的色素后，测定叶绿素含量时应选择____光。重金属Pb 可使叶绿素含量降低，该变化会直接抑
制光合作用的光反应阶段，导致____生成减少，进而使暗反应中____过程速率下降。
(2)该实验在设计时遵循了单一变量原则，本实验的自变量是____。
(3)气孔是CO2进入叶片的主要通道，气孔导度反映气孔开放程度。低浓度Pb 胁迫下，细胞呼吸速率无明
显变化，但硅肥处理使棉花气孔导度明显升高，而胞间CO2浓度下降，原因是____的增加速率大于____的
增加速率。
(4)从影响净光合速率角度分析，在____（填“低”或“高”）浓度Pb 胁迫条件下，使用无机硅肥比使用
有机硅肥具有更好的效果。根据表中数据____（填“能”或“不能”）判断无机硅肥可以促进叶绿素的合
成，理由是____。
【答案】(1) 红 ATP 和NADPH C3 的还原
(2)Pb 的浓度（或土壤类型）、硅肥的种类
(3) 叶肉细胞对胞间CO2 的利用 气孔导度升高使CO2 进入胞间
(4) 低 不能 缺少无Pb 处理的对照实验
【分析】光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段：在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体膜上的色素捕获
后，将水分解为O2 和H+等，形成ATP 和NADPH，于是光能转化成ATP 和NADPH 中的化学能；ATP 和NADPH
驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2 转化为储存化学能的糖类。可见光反应和暗反应紧密联系，能
量转化与物质变化密不可分。
【详解】（1）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，测定叶绿素含量时应选择红光，避免类胡萝卜素的吸收干
扰。光反应阶段生成 ATP 和 NADPH，叶绿素含量降低会直接抑制光反应，导致 ATP 和 NADPH 生成减少，
进而使暗反应中C3 的还原过程速率下降。
（2）根据题意可知本实验研究不同类型硅肥对不同浓度Pb 胁迫下棉花光合作用的影响，本实验的自变量
是Pb 的浓度（或土壤类型）与硅肥的种类。
（3）硅肥处理使气孔导度升高，CO 进入胞间的速率加快，但叶肉细胞利用胞间
₂
CO 的速率（净光合速
₂
率）增加更快，因此胞间 CO 浓度下降。
₂
（4）在低浓度 Pb 胁迫（土壤 1）下，无机硅肥组的净光合速率（16.5）高于有机硅肥组（14.3），效
果更好；高浓度 Pb 胁迫下二者差异极小。根据表中数据无法确定无机硅肥是否能在无 Pb 条件下促进叶
绿素合成，因为缺少无Pb 处理的对照实验，这只能说明其能缓解 Pb 胁迫对叶绿素合成的抑制。
1．图甲为光合作用最适温度条件下植物光合速率测定装置图，图乙中a、b 为测定过程中某些生理指标相
对值的变化。下列说法正确的是（ ）
A．如果适当提高温度，其他条件不变，则总光合速率会发生图乙中从a 到b 的变化，净光合速率可能
会发生从b 到a 的变化
B．若图乙表示图甲完全培养液中SiO4
4-浓度，由a 到b 的变化表明了该植物不需要该离子
C．若图甲中的液滴不移动，则该植株叶肉细胞光合速率等于呼吸速率
D．若图乙表示图甲中植物的叶肉细胞内C5的变化，则b 到a 的变化可能是突然停止光照或者光照减弱
【答案】D
【详解】A、图甲是在光合作用最适温度条件下进行的，如果适当提高温度，其他条件不变，则总光合速
率会降低，发生从b 到a 的变化；呼吸速率有可能升高，从而净光合速率可能降低，发生从b 到a 的变
化，A 错误；
B、若图乙表示图甲完全培养液中SiO44-浓度，由a 到b 的变化表明了该植物对SiO44-的吸收速率小于对
水分吸收的相对速率或不需要该离子，B 错误；
C、若图甲中的液滴不移动，则该植株光合速率等于呼吸速率，但叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，C 错
误；
D、突然停止光照或者光照减弱，产生的NADPH 和ATP 减少，C3 还原受阻，则C5 的来路受阻，短时间内去
路不变，结果导致其含量下降，D 正确。
2．“倒春寒”使紫花苜蓿在返青期发生低温胁迫。为探究低温胁迫后光合作用恢复的限制因素，科研人
员选取苜蓿幼苗放入培养箱，低温处理后再进行室温恢复培养，检测指标及结果如图。下列叙述正确的是
（ ）
A．据图可知，低温会降低叶绿素含量且叶绿素含量变化是影响光合速率的唯一因素
B．取适量新鲜苜蓿叶片，加少量石英砂、碳酸钙和一定量的层析液，研磨过滤制成色素提取液，用于
测定叶绿素含量
C．将叶片切成大小一致的圆片，置于适宜浓度的
溶液中，测定叶圆片的
释放速率（
），代表净光合速率
D．低温胁迫只影响苜蓿光合作用的光反应阶段，对暗反应阶段无显著影响
【答案】C
【详解】A、从图1 可知，低温确实会降低叶绿素含量，但室温恢复培养72h 后，叶绿素含量超过处理前水
平，然而净光合速率升高却未恢复到处理前水平，这表明叶绿素含量变化并非是影响光合速率的唯一因
素，A 错误；
B、提取光合色素时，应加少量石英砂（有助于研磨充分）、碳酸钙（防止色素被破坏）和一定量的无水
乙醇（溶解色素），而不是层析液，B 错误；
C、净光合速率可以用单位时间、单位叶面积氧气的释放量或二氧化碳的吸收量等来表示。将叶片切成大
小一致的圆片置于适宜浓度的NaHCO3 溶液中，NaHCO3 溶液可提供二氧化碳，此时测定叶圆片的氧气释放
速率（μmol/m ²·s），能代表净光合速率，C 正确；
D、光合作用的光反应和暗反应是相互联系的整体，低温胁迫不仅会影响光反应阶段中叶绿素含量、光系
统等，也会对暗反应阶段产生影响，比如影响暗反应相关酶的活性等，D 错误。
故选C。
3．夏天中午温度较高，植物为了减少蒸腾失水，气孔会关闭，导致“光合午休”现象的发生。脱落酸在
该过程中发挥着重要的调节作用，下列叙述错误的是（ ）
A．该现象主要发生在炎热夏季的中午，以防止植物因蒸腾作用过强而失水
B．造成该现象发生的原因是气孔关闭，导致植物的光合作用缺少CO2
C．植物细胞失水时胞内自由水与结合水比值减小
D．脱落酸能促进气孔打开以减弱“光合午休”对植物生长的影响
【答案】D
【详解】A、炎热夏季中午温度过高，植物蒸腾作用强度大，易出现失水过多的问题，光合午休时气孔关
闭可减少蒸腾失水，避免植物过度失水，A 正确；
B、气孔是CO 进入叶肉细胞的通道，气孔关闭会导致叶肉细胞可利用的
₂
CO 不足，暗反应速率下降，进而
₂
引起光合速率降低，出现光合午休现象，B 正确；
C、细胞失水时首先流失的是自由水，自由水含量下降，结合水含量相对升高，因此胞内自由水与结合水
的比值减小，C 正确；
D、脱落酸会引发细胞的气孔关闭，气孔关闭的主要目的是减少植物水分的散失，起到保水的作用，D 错
误。
故选D。
4．在较高光照强度的环境下，绿萝（阴生植物）叶片会发生枯萎现象，其机理主要涉及光损伤、水分失
衡、呼吸作用受阻及细胞结构破坏等环节。回答下列问题。
(1)光损伤：在较高光照强度的环境下，绿萝光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，如图表示
绿萝光合作用的部分过程。与阳生植物相比，绿萝通过①和②过程消耗过剩光能的能力____（填“较强”
或“较弱”），这两个过程消耗过剩光能的机理分别是____、____。据图分析，类囊体腔中H+浓度较高的
原因是____。
(2)水分失衡：在较高光照强度的环境下，绿萝叶片的温度较高，通过叶片上的____散失过多的水分；当
土壤水分供应不足或根系吸水能力受限时，叶片细胞的代谢就会紊乱，进而导致细胞发生____（填“坏
死”或“凋亡”）。
(3)呼吸作用受阻：强光导致绿萝细胞呼吸作用受阻，原因可能是____（答出一点）。
【答案】(1) 较弱 途径①通过将过剩的电子传递给氧气，生成超氧化物，进而这些超氧化物被
活性氧清除系统（如过氧化氢酶等）清除，从而减轻活性氧对光合系统的损伤 途径②将叶绿体吸收
的过剩光能转化为热能散失，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而减轻对光合系统的损伤 水
的光解发生在类囊体腔一侧，会产生大量H+，另外类囊体膜上的一些蛋白质可将H+从叶绿体基质逆浓度梯
度转移至类囊体腔
(2) 气孔 坏死
(3)强光引起叶片温度过高，破坏了线粒体结构，抑制呼吸酶的活性
【详解】（1）光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，由于绿萝在较高光照强度的环境下，容
易发生枯萎现象，说明其消耗过剩光能的能力较弱，据图可知，途径①通过将过剩的电子传递给氧气，生
成超氧化物，进而这些超氧化物被活性氧清除系统（如过氧化氢酶等）清除，从而减轻活性氧对光合系统
的损伤，途径②将叶绿体吸收的过剩光能转化为热能散失，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而减
轻对光合系统的损伤。据图可知，类囊体腔中H+浓度较高的原因是水的光解发生在类囊体腔一侧，会产生
大量H+，另外类囊体膜上的一些蛋白质可将H+从叶绿体基质逆浓度梯度转移至类囊体腔。
（2）植物散失水分主要是通过气孔进行的，水分失衡，引起细胞代谢紊乱，进而导致的细胞死亡，应属
于细胞坏死。
（3）强光引起叶片温度过高，破坏了线粒体结构，抑制呼吸酶的活性，进而导致细胞呼吸受阻。
5．为探究不同耐阴性大豆品种对强光时长的响应，科研人员以桂夏7（耐阴性较弱）和南豆12（耐阴性较
强）为材料，设置了午间强光（1200μmol﹒m-2﹒s-1）处理时长分别为30min（L1）、150min（L2）和
200min（L3），其余时段为弱光（150μmol﹒m-2﹒s-1）的实验组，以全天稳定光强（40μmol﹒m-2﹒s-1）
为对照（CK）。回答下列问题：
品种
处理
净光合速率/
（μmol﹒m-2﹒s-1）
胞间CO2浓度
（μmol﹒mol-1）
蒸腾速率/
（mmol﹒m-2﹒
s-1）
气孔开度/
m2
桂夏7
L1
13.57
234.71
3.88
12
L2
17.66
249.42
4.63
14
L3
25.59
211.57
4.29
16
CK
18.35
226.47
4.36
13
南豆12
L1
21.01
185.39
4.02
16
L2
21.47
248.91
5.06
19
L3
23.03
218.98
3.73
17
CK
20.73
222.00
4.53
14
(1)若科研人员未设置CK 组，仅凭L1~L3 三组数据，并不能得出强光时长对大豆光合作用有影响的结论，
这是因为_________。
(2)气孔开度（气孔开放程度）通过影响_________，从而影响光合作用的_________阶段。
(3)结合表中南豆12 的结果可知，气孔开度不是影响蒸腾速率的唯一因素，理由是_________。
(4)农业生产中常将大豆与高秆玉米间作。若你是一名农业技术员，从光合作用角度分析，上述两个品种
中应选择_________与高秆玉米间作，理由是_________。间作时需注意的种植要点是_________（答出1
点）。
【答案】(1)没有对照，无法判断强光处理的效果是与何种光强条件比较得出的
(2) CO2 的吸收 暗反应/碳反应
(3)南豆12 在L3 处理下的气孔开度大于L1，但蒸腾速率却小于L1，说明还有其他因素影响蒸腾速率
(4) 南豆12 南豆12 在不同强光时长下的净光合速率均较高且稳定，说明其能耐受弱光，同时对
强光的适应性更强，更适合与玉米间作合理密植，避免玉米过度遮阴 保证水肥供应充足；选择株型
适宜的玉米品种
【详解】（1）实验设计需遵循对照原则，若科研人员未设置CK 组，仅凭L1~L3 三组数据，即在只有不同
时长强光处理的实验组、无对照组的情况下，无法判断强光处理的效果是与何种光强条件比较得出的，因
此无法得出强光时长对光合作用有影响的结论。
（2）气孔是CO2 进入叶片的通道，气孔开度影响CO2 的吸收；CO2 是光合作用暗反应阶段的原料，因此影
响暗反应阶段。
（3）若气孔开度是影响蒸腾速率的唯一因素，蒸腾速率应随气孔开度增大而升高，根据表格数据，南豆
12 的L3 气孔开度（17μm2）大于L1（16μm2），但蒸腾速率（3.73mmol﹒m-2﹒s-1）反而小于L1
（4.02mmol﹒m-2﹒s-1），说明还有其他因素影响蒸腾速率，气孔开度不是影响蒸腾速率的唯一因素。
（4）高秆玉米会遮挡光照，间作时大豆整体处于弱光环境，应选择耐阴性更强的南豆12，其在不同强光
时长下的净光合速率均较高且稳定，说明其能耐受弱光，同时对强光的适应性更强，更适合与玉米间作合
理密植，避免玉米过度遮阴，更适合间作；从光合作用角度，间作需要保证水肥供应充足；选择株型适宜
的玉米品种，以满足植物对于光照和肥料等的需求。
6．科研人员发现一种能提高光合作用效率的新兴碳纳米荧光材料——碳点（CDs），它是一种良好的能量
传递中间体，能吸收叶绿体利用率低的紫外光，并发射出和叶绿体吸收相匹配的光谱。用该碳点处理叶绿
体后，能使光合作用效率显著提高，其作用机理见下图，图中字母A—F 表示物质，请分析回答。
(1)PSII（光系统II）和PSI（光系统I）是由蛋白质和光合色素组成的复合物，其功能为__________它们
和ATP 合酶都排列在__________膜上。
(2)H2O 在PSII 作用下被分解形成O2和H+，其中O2的可能去向为______________________________
_______________（填“顺浓度”或“逆浓度”）梯度通过ATP 合酶驱动合成物质D；另一方面释放电子（
），电子最终传递给A，合成了B，则B 是__________。
(3)据图分析，碳点能将紫外光转换为叶绿体主要吸收的__________，增加图中物质__________（填字
母）的合成量。碳点在光合作用中除了可以发挥自身优异的光学性质外，还可以上调RuBisco 酶活性，加
快__________（填物质名称）的合成，提高光合作用效率。
(4)为探究碳点处理是否受环境温度的影响，研究小组进一步测定了不同温度下经碳点处理的小麦叶片CO2
吸收速率与黑暗下CO2释放速率，结果如下表所示。
温度/℃
5
10
15
20
25
30
光照下CO2吸
收速
率/（mg/h）
1
1.5
2.9
3.5
3.1
3
黑暗下CO2释
放速
率/（mg/h）
0.6
0.9
1.1
2
3.3
3.9
①据上表分析，小麦光合作用的最适温度__________（填“大于”“小于”或“不能确定”）呼吸作用的
最适温度。
②假设环境温度稳定为10℃，则小麦在密闭装置内光照12h 的情况下，一昼夜后装置内CO2减少量为
_______________。
【答案】(1) 吸收、传递和转化光能 类囊体
(2) 扩散到线粒体内膜、释放到外界 顺浓度 NADPH
(3) 蓝紫光 BD 三碳化合物（C3）
(4) 不能确定 7.2mg
【分析】光反应阶段在叶绿体囊状结构薄膜上进行，色素吸收光能，一部分光能用于水的光解生成氧气和
NADPH，另一部分能量用于ATP 的合成，此过程需要光、色素、酶的协助。暗反应阶段在叶绿体基质中进
行，有光或无光均可进行。在酶的催化下，一分子的二氧化碳与一分子的五碳化合物结合生成两个三碳化
合物，三碳化合物在NADPH 供还原剂和ATP 供能还原成有机物，并将ATP 活跃的化学能转变成化合物中稳
定的化学能。光反应为暗反应提供ATP 和NADPH。
【详解】（1）由图可知，PS Ⅱ和PS Ⅰ分布在叶肉细胞的类囊体薄膜上，是由蛋白质和光合色素组成的复
合物，其功能为吸收、传递和转化光能；光反应的场所是叶绿体类囊体薄膜，光反应相关的色素、酶都分
布在类囊体薄膜上，因此光系统和ATP 合酶都排列在叶绿体类囊体膜上。
（2）光合作用光反应产生的O2 有两个去向：一部分扩散到线粒体，供给细胞有氧呼吸利用，多余的释放
到外界环境；水分解后类囊体腔中H＋浓度高于叶绿体基质，因此H＋顺浓度梯度通过ATP 合酶，势能释放
驱动ATP 合成；光反应中，电子最终传递给NADP+，生成NADPH，因此B 为NADPH。
（3）根据题干和图示，碳点能将紫外光转换为叶绿体主要吸收的蓝紫光，使光反应速率加快，增加图中
物质B（NADPH）和D（ATP）的合成量；碳点在光合作用中除了可以发挥自身优异的光学性质外，还可以上
调RuBisco 酶活性，Rubisco 酶是暗反应中的关键酶，它催化CO2 与RuBP 生成三碳化合物（C3），加快三
碳化合物（C3）的合成，提高光合作用效率。
（4）① 光照下CO 吸收速率代表净光合速率，黑暗下
₂
CO 释放速率代表呼吸速率，而总光合速率
₂
=净光合
速率+呼吸速率，从计算结果，总光合速率在30℃时仍在上升，无法确定光合作用的最适温度。而呼吸速
率随温度升高持续上升，也无法确定呼吸作用的最适温度。因此，不能确定小麦光合作用的最适温度与呼
吸作用的最适温度的大小关系。
②温度10℃时，净光合速率=1.5 mg/h，呼吸速率=0.9 mg/h，进行光照12h、黑暗12h 的处理，一昼夜
CO 变化量
₂
=光照时吸收的CO ₂-黑暗时释放的CO ₂=(1.5 × 12)-(0.9 × 12)=18-10.8 =7.2 mg，即一昼夜
后装置内CO 减少量为
₂
7.2 mg。
7．玉米属于C4植物，吸收的CO2首先在PEP 羧化酶（能够利用低浓度CO2）的作用下形成C4。水稻属于C3
植物，吸收的CO2在Rubisco（利用较高CO2浓度）的作用下形成C3。研究人员对某地玉米和水稻在夏季光
合速率的日变化进行测量，结果如图1 所示。回答下列问题：
(1)从早上6 点到中午11 点，影响玉米光合作用的主要因素是_________。玉米和水稻光合速率在午间的主
要差异是__________________。
(2)研究发现C 植物的光合作用过程如图2 所示。据图分析，C4植物暗反应的具体场所是_________细胞的
_________。C4植物和C3植物都会进行的CO2固定过程是__________________（写反应过程）。从光合作用
的生理过程分析，中午时分C4植物和C3植物光合速率出现差异的关键是_____________。
(3)综合上述分析，当C4植物与C3植物的气孔关闭时，推测两类植物中胞间CO2浓度趋向更低的是
_________植物。从进化上分析，C4植物出现大约距今3000 万年，推测大约1 亿年前，地球上的大气CO2浓
度很可能比现在_________（填“低”或“高”）。
【答案】(1) 光照强度 玉米光合速率基本保持稳定，水稻光合速率明显下降
(2) 叶肉细胞和维管束鞘 细胞质基质和叶绿体 CO2＋C5
C3 二者固定CO2 的酶对CO2
浓度的要求不同
(3) C4 高
【分析】光合作用在植物细胞的叶绿体中进行。叶绿体类囊体的薄膜上有捕获光能的色素，在类囊体薄膜
上和叶绿体基质中还有许多进行光合作用所必需的酶。光合作用的过程分为光反应和暗反应两个阶段。光
反应阶段发生在类囊体薄膜上，将光能转发为储存在ATP 中的化学能；暗反应阶段发生在叶绿体基质中，
将ATP 中的化学能转发为储存在糖类等有机物中的化学能。
【详解】（1）从早上6 点到中午11 点，随着时间推移，光照强度逐渐增强，光合速率也随之上升，所以
影响玉米光合作用的主要因素是光照强度；由图1 可知，玉米和水稻光合速率在午间的主要差异是玉米光
合速率基本保持稳定，水稻光合速率明显下降，因为玉米属于C4 植物，因C4 途径抗光抑制能力强。水稻
属于C3 植物，午间因气孔关闭导致CO2 供应不足，Rubisco 羧化效率降低。
（2）据图2 可知，C4 植物暗反应中，CO2 首先在叶肉细胞中与PEP 结合形成C4，之后C4 进入维管束鞘细
胞，释放出CO2 参与卡尔文循环，所以C4 植物暗反应的具体场所是叶肉细胞和维管束鞘细胞的细胞质基质
和叶绿体；C4 植物和C3 植物都会进行的CO2 固定过程是CO2＋C5
C3，这是卡尔文循环中二氧化碳固定
的基本过程；从光合作用的生理过程分析，中午时分，气孔部分关闭，CO2 供应不足。C4 植物含有能够利
用低浓度CO2 的PEP 羧化酶，而C3 植物的Rubisco 需要较高CO2 浓度，所以中午时分C4 植物和C3 植物光
合速率出现差异的关键是二者固定CO2 的酶对CO2 浓度的要求不同 。
（3）C3 植物的Rubisco 利用较高CO2 浓度，当气孔关闭时，其对CO2 的利用能力较弱，胞间CO2 浓度消耗
相对较少；而C4 植物的PEP 羧化酶能够利用低浓度CO2，会消耗更多的胞间CO2，所以两类植物中胞间CO2
浓度趋向更低的是C4 植物；C4 植物能够利用低浓度CO2，其出现大约距今3000 万年，推测大约1 亿年
前，地球上大气CO2 浓度很可能比现在高，后来CO2 浓度降低，才逐渐进化出能利用低浓度CO2 的C4 植
物。
8．水稻体内部分物质代谢关系如图1 所示，R 酶是光合作用的关键酶之一，CO2 和O2 竞争与其结合，分别
催化CO2 固定和C5 与O2 反应形成C2 等化合物，C2 在过氧化物酶体和线粒体的协同下经一系列化学反应释
放CO2。请回答下列问题：
(1)光合作用过程中，类囊体薄膜直接参与的阶段是___________，在红光照射下，参与该过程的主要色素
是___________。
(2)水稻体内进行光合作用的细胞中消耗O2的场所有___________。
(3)线粒体中G 酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图1.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 酶含量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图2.相同光照
条件下，植株S 叶片净光合速率高于植株W，原因是___________。
(4)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从18%升高到39%时，植株S 的净光合速率___________(填“增
大”或“减小”)，据图分析其原因是___________；相较于植株W，植株S 的净光合速率变化幅度
___________(填“大”“小”)。
(5)干旱胁迫会导致水稻叶绿体中的基粒减少，影响水稻的正常生长。研究人员将长势一致的水稻植株若
干株分为4 组，进行相关实验，测定叶片净光合速率(Pn)，结果如图3.复水是指恢复正常灌水，使其土壤
含水量达到对照组的水平。
①请从光合作用的光反应和暗反应两个角度分析，干旱处理组水稻的Pn 下降的主要原因是___________。
②据图可知，相比于干旱处理第9 天复水，第6 天复水更有利于水稻恢复生长，依据是___________。
【答案】(1) 光反应阶段 叶绿素（叶绿素a 和叶绿素b）
(2)叶绿体（叶绿体基质）、线粒体（线粒体内膜）
(3)与植株W 相比，植株S 气孔开度增大，吸收CO2 增多；G 酶含量高，催化甘氨酸分解生成CO2 增多，进
入叶绿体用于光合作用的CO2 较多
(4) 减小 O2 浓度升高，利于C5 与O2 结合，消耗了C5 导致用于光合作用暗反应CO2 固定的C5 减
少 小
(5) 干旱胁迫会导致水稻叶绿体中的基粒减少，与光反应有关的色素和酶量减少，因而光反应产生的
ATP 和NADPH 减少，进而导致暗反应速率下降 第6 天复水与第9 天复水相比，净光合速率快速上升，
且有高于对照组的时段
【分析】光合作用的过程：（1）光反应阶段：在类囊体的薄膜上进行。光合色素吸收光能的用途，一是
将水分解为O2 和H+，H+与氧化性辅酶NADP+结合，形成还原型辅酶NADPH。二是在有关酶的催化作用下，
提供能量促使ADP 和Pi 反应形成ATP。（2）暗反应阶段：在叶绿体基质中进行。绿叶吸收的CO2，在特定
酶的作用下与C5 结合生成C3。C3 接受ATP 和NADPH 提供的能量，并且被NADPH 还原，一部分C3 转化为糖
类，另一部分C3 被还原为C5。
【详解】（1）光合作用的过程根据是否需要光能，分为光反应和暗反应两个阶段，光反应阶段在类囊体
的薄膜上进行；绿叶中的色素有4 种，可归为两大类，叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素又包括叶绿素a 和叶
绿素b,类胡萝卜素又包括胡萝卜素和叶黄素两类，其中叶绿素a 和叶绿素b 主要吸收红光和蓝紫光，胡萝
卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，故在红光照射下，参与该过程的主要色素是叶绿素（叶绿素a 和叶绿素
b）。
（2）由图1 分析可知，O2 与CO2 竞争结合R 酶的同一位点，R 酶参与光合作用暗反应过程，场所为叶绿体
基质，在此处R 酶可催化C5 与O2 反应生成C2 等化合物；同时植株可进行有氧呼吸过程消耗O2，场所为线
粒体内膜。
（3）根据题意可知，线粒体中G 酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸和CO2，相同光照条件下，与植物W 相
比，植株S 保卫细胞中G 酶含量较高，催化甘氨酸分解生成的CO2 较多，CO2 可直接进入叶绿体用于CO2 的
固定；气孔开度增大，从而吸收更多的CO2，故相同光照条件下，植株S 叶片的净光合速率高于植株W。
（4）分析题意可知，O2 浓度升高，在与CO2 竞争R 酶时占优势，导致R 酶催化固定CO2 的量减少，因此植
株S 的净光合速率会减小；相较于植株W，植株S 保卫细胞中G 酶含量高，G 酶催化甘氨酸生成丝氨酸和
CO2 的量更多，气孔开度较大，吸收CO2 多，因而植株S 的净光合速率变化幅度小。
（5）①结合图示可知，图中Pn 的观测指标是单位时间、单位叶面积吸收的二氧化碳量。干旱胁迫会导致
水稻叶绿体中的基粒减少，因而与光反应有关的色素和酶量减少，光反应产生的ATP 和NADPH 减少，进而
导致暗反应速率下降，因而表现为净光合速率下降，此外干旱胁迫可能会导致与暗反应有关酶合成量减
少，进而影响了暗反应导致净光合速率下降。
②实验结果显示，第6 天复水与第9 天复水相比，净光合速率快速上升，且有高于对照组的时段，而第9
天复水效果较差，净光合速率没有明显上升，因而推测，第6 天复水更有利于水稻恢复生长。
9．湖南作为重要的农业产区，水稻与玉米有着悠久的种植历史，并且在当地的农业经济领域里处于重要
地位。这两种作物的光合作用机制并不完全相同，水稻属于C3植物，通过卡尔文循环完成碳的固定和还
原。玉米是C4植物（如图1），碳的固定多了C4途径，其进行光合作用由叶肉细胞和维管束鞘细胞共同完
成。
注：PEP 酶固定CO2的效率远高于Rubisco 酶Rubisco 酶具有双重功能，当CO2浓度较高时，它更倾向于催
化五碳糖与CO2发生反应；而当O2浓度较高时，它则更倾向于催化五碳糖与O2反应产生CO2，这一过程为
“光呼吸”。
(1)在水稻田中偶然能见到白化苗，可采用_____法对叶绿体中的光合色素加以分离，从而展开研究。
(2)由图1 可知，C4植物中能固定CO2的受体是_____，图2 所示为水稻与玉米的光合速率与环境CO2体积分
数的关系曲线，其中最可能表示玉米的是曲线_____，作出判断的依据是_____。
(3)实验中多次打孔玉米叶片获得叶圆片，并对叶圆片干燥后称重，得到如下表所示的结果（假设整个实
验过程中叶圆片的细胞呼吸速率不变）。那么，叶圆片经过1h 光照后的积累的有机物量表达式是（用表中
相关字母表示）_____。
实验前
黑暗lh 后
再光照1h 后
叶圆片干燥称重（g/cm2）
x
y
z
(4)有研究表明，并非所有能进行光合作用的细胞均会出现光呼吸现象。例如进行还原性三羧酸循环的绿
硫细菌、进行3 一羟基丙酸途径的橙色绿屈挠菌等。请推测这些生物不会发生光呼吸的原因是_____。
【答案】(1)纸层析
(2) PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）和C5（五碳糖） A C4 植物利用低浓度的CO2 强（C4 植物的
CO2 补偿点低）
(3)z-y
(4)这些生物体内没有Rubisco 酶
【分析】光合作用的过程：①光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体薄膜）：水的光解产生NADPH 与O2，以
及ATP 的形成；②暗反应阶段（场所是叶绿体的基质）：CO2 被C5 固定形成C3，C3 在光反应提供的ATP 和
还原氢的作用下还原生成糖类等有机物。
【详解】（1）分离色素的方法是纸层析法，原理是色素在层析液中的溶解度不同，随着不同色素在滤纸
条上扩散的速度不同，最后的结果是观察到四条色素带。
（2）由图1 可知，C4 植物能固定CO2 的受体在叶肉细胞中是磷酸烯醇式丙酮酸，在维管束鞘细胞中是
C5。玉米为C4 植物，水稻为C3 植物，相比较而言，由于C4 植物叶肉细胞中PEP 酶对CO2 有较强的亲和
力，在低浓度CO2 条件下具有更高的光合速率，所以C4 植物的 CO2 补偿点低，因此A 曲线最可能表示玉
米。
（3）据题干信息分析可知，黑暗后1h 叶圆片的干重为y，则呼吸作用消耗的有机物为x-y，再光照1h 叶
圆片的干重为z，光照一个小时后的干重的差值就是光合作用制造的有机物减去呼吸作用消耗的有机物，
即有机物的积累量，所以叶圆片光照1h 后的有机物积累量是z-y。
（4）光呼吸是所有利用卡尔文循环进行碳固定的细胞在光照和高氧、低二氧化碳情况下发生的一个生化
过程，其中Rubisco 是光呼吸中不可缺少的酶，也是卡尔文循环中固定二氧化碳最关键的酶，进行还原性
三羧酸循环的绿硫细菌、进行3-羟基丙酸途径的橙色绿屈挠菌等不会发生光呼吸的原因是这些生物体内没
有Rubisco 酶。
10．与小麦相比，玉米更适合生活在高温、干旱环境中。根据光合作用碳同化的最初光合产物不同，把高
等植物分成C3植物和C4植物。玉米是C4植物，碳的固定多了C4途径，其光合作用由叶肉细胞和维管束鞘细
胞共同完成（如图1），且叶肉细胞中的PEP 羧化酶比维管束鞘细胞中的Rubisco 酶对CO2有更强的亲和
力。图2 表示玉米维管束鞘细胞的叶绿体进行暗反应的中间产物磷酸丙糖的代谢途径，其中磷酸转运器
（TPT）将无机磷酸运入叶绿体的同时能将等量的磷酸丙糖运出叶绿体。回答下列问题：
(1)光合作用过程根据对光照的需求不同，可以划分为光反应阶段与暗反应阶段，能将这两阶段联系起来
的是______之间的物质转化。科学家在对C4植物光合作用的研究过程中发现，在维管束鞘细胞中只能进行
光合作用的暗反应，从结构上分析，其原因可能是____________。
(2)结合图1 分析，玉米适应高温、干旱环境的原因是______。
(3)结合图2 分析，若要增加新鲜玉米的甜度，应适当______（填“增加”或“减少”）磷肥的施用量，原
因是______。
【答案】(1) ATP 和ADP、NADPH 和NADP+ 维管束鞘细胞的叶绿体中没有基粒
(2)高温、干早条件下，气孔部分关闭，叶片内CO2 浓度低，玉米含有PEP 羧化酶，可以固定低浓度的CO2
正常进行暗反应
(3) 增加 磷酸转运器(TPT)将无机磷酸运入叶绿体的同时能将等量的磷酸丙糖运出叶绿体，并转
化成蔗糖储存在液泡 中
【分析】C4 植物叶肉细胞中的叶绿体具有发达的基粒，基粒由类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上有光合色素
和与光合作用有关的酶，故光反应阶段在叶肉细胞中完成。而维管束鞘细胞的叶绿体中几乎无基粒，暗反
应阶段在维管束鞘细胞中完成。
【详解】（1）光反应能产生ATP 和NADPH，为暗反应使用，而暗反应能为光反应提供原料ADPNADP+，因
此，能将光反应阶段与暗反应阶段联系起来的是ATP 和ADP、NADPH 和NADP+物质之间的相互转化。叶绿体
的基粒是光反应阶段的场所，科学家们在对C4 植物光合作用的研究过程中，发现在维管束鞘细胞中只能进
行光合作用的暗反应，从结构上分析，其原因可能是维管束鞘细胞的叶绿体中没有基粒，无法吸收和转化
光能。
（2）玉米属于C4 植物，高温、干早条件下，气孔部分关闭，叶片内CO2 浓度低，玉米含有PEP 羧化酶，
可以固定低浓度的CO2 正常进行暗反应，因此玉米能适应高温、干旱环境。
（3）结合图2 分析可知，适当增施磷肥的施用量可以增加新鲜玉米的甜度，据题图判断磷酸转运器(TPT)
将无机磷酸运入叶绿体的同时能将等量的磷酸丙糖运出叶绿体，并转化成蔗糖储存在液泡 中，从而增加
甜度。
11．玉米和小麦都是重要粮食作物。小麦属于C3植物，通过卡尔文循环完成碳的固定和还原。玉米是C4植
物，碳的固定多了C4途径，其光合作用需要叶肉细胞和维管束鞘细胞共同完成。玉米叶肉细胞中的PEP 酶
具有很强的CO2亲和力，可在低浓度CO2条件下催化CO2与磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）结合，将CO2固定为C4
物质。图1 为玉米植株相关细胞内物质转化过程，图2 为研究人员在晴朗的夏季白天测定玉米和小麦净光
合速率的变化。
(1)实验室研究玉米叶片中色素种类及相对含量。提取色素时，为防止叶绿素被破坏，可以加入_____；利
用纸层析法分离色素时，与类胡萝卜素相比，叶绿素在滤纸条上扩散速率_____，原因_____。
(2)若玉米的维管束鞘细胞叶绿体中只能进行暗反应，推测其可能缺少的结构是_____。玉米植物细胞中固
定CO2的物质有_____，图1 中过程②需要光反应提供的物质是_____。在密闭容器内，若给白杨树叶肉细
胞提供H2
18O，则一段时间后可检测到C6H12
18O6请用主要相关物质和箭头写出18O 的转移途径：_____。
(3)上午9：00 时，突然降低环境中CO2浓度，图2 中玉米细胞和小麦细胞中C3含量在短时间内的变化分别
是_____和_____（填增加、减少或基本不变）。
(4)综上分析，玉米植株净光合速率为图2 中曲线_____（填甲或乙），理由是_____。
【答案】(1) CaCO3 慢 叶绿素在层析液中的溶解度小于类胡萝卜素
(2) 基粒（类囊体） PEP 和C5 ATP 和NADPH H2O→C18O2→C6H1218O6
(3) 基本不变 降低
(4) 甲 晴朗夏季中午部分气孔关闭，叶片内细胞间隙中CO2 含量低，而玉米中的PEP 酶与CO2 的
亲和力高，可以利用胞间的低浓度CO2 进行光合作用
【分析】1、色素分离原理：叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩
散得快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。根据这个原理就可以将叶绿体中不同的色素分离开来。
2、药品的作用：二氧化硅、碳酸钙和丙酮。前两种是粉末状药品，各加少许，后者是有机溶剂，研磨时
加约5mL 二氧化硅的作用是使研磨更加充分、迅速；碳酸钙的作用是保护叶绿素不分解；丙酮用来溶解提
取叶绿体中的色素。
【详解】（1）提取色素时，为防止叶绿素被破坏，可以加入碳酸钙，碳酸钙的作用是保护叶绿素不分
解。与类胡萝卜素相比，叶绿素在层析液中溶解度低，因而在滤纸条上扩散速率慢，该实验是根据叶绿体
色素在层析液中溶解度不同，因而扩散速度不同实现的。
（2）若玉米的维管束鞘细胞叶绿体中只能进行碳反应，不能进行光反应，推测其可能缺少的结构是类囊
体薄膜。由图可以看出，玉米植物细胞中固定CO2 的物质有PEP 和C5。图1 中过程②为C3 的还原，需要光
反应提供的物质是ATP 和NADPH。在密闭容器内，若给白杨树叶肉细胞提供O，首先会参与光合作用的光反
应导致白杨树释放的氧气中含有18O，同时水还可参与有氧呼吸的第二阶段，生产C18O2，进而参与暗反应
过程进入到有机物中，因此，一段时间后可检测到C6H1218O6，则进入到有机物中的途径可表示为：
H218O→C18O2→C6H1218O6。
（3）上午9：00 时，突然降低环境中CO2 浓度的一小段时间内，由于玉米叶肉细胞中PEP 羧化酶可固定低
浓度的CO2，因而对玉米的暗反应受影响不大，即其细胞中C3 含量基本不变；小麦为C3 植物，其细胞由
于CO2 供应减少，CO2 与C5 结合生成C3 的速率减慢，而光反应不受影响，C3 还原的速率基本不受影响，
导致C3 含量降低。
（4）夏季晴朗的白天中午，高温干旱会使玉米和小麦大量蒸发失水而出现气孔关闭，使CO2 供应受阻，玉
米叶肉细胞中PEP 羧化酶可固定低浓度的CO2，转移到维管束鞘细胞的叶绿体中，使光合作用继续进行；
而小麦叶绿体中酶不能利用低浓度的CO2，导致光合作用下降，即图2 中的甲曲线表示的是玉米净光合速
率的变化。
12．为了应对外界环境的变化，植物在长期的进化过程中逐渐形成了自己独特的代谢过程。如图所示，根
据光合作用中的碳同化途径的不同，可把植物分为C3植物(典型温带植物)、C4植物(典型热带或亚热带植
物)和CAM 植物(典型干旱地区植物)。请据图回答下列问题：
(1)图1 中过程①进行的场所是细胞的_________，过程②需要光反应提供_________。C3植物在干旱、炎热
的环境中，光合作用强度明显减弱的原因是___________。
(2)与C3植物相比，C4植物叶肉细胞中固定CO2的酶与CO2的亲和力更强，使得C4植物能利用__________，
因此，C4植物对干旱环境的适应能力强。
(3)CAM 植物叶肉细胞液泡的pH 夜晚比白天要__________(填“高”或“低”)。CAM 植物之所以适应干旱地
区的环境变化，是因为CAM 植物白天气孔关闭进行卡尔文循环，其利用的CO2来源于__________；夜晚进
行__________过程。
(4)据图可知，曲线图中植物A、B、C 分别是_______________________。
【答案】(1) 叶绿体基质 NADPH 和ATP 干旱炎热的环境中，植物为了减少蒸腾作用，气孔大
量关闭，造成CO2 进入叶片组织大幅减少，导致光合作用强度明显减弱
(2)更低浓度的CO2
(3) 低 苹果酸分解和细胞呼吸 CO2 的固定
(4)CAM 植物、C3 植物、C4 植物
【分析】题图分析，C3 植物叶肉细胞中发生的生理过程有：①是二氧化碳的固定，②是三碳化合物的还
原。C4 植物是在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体中进行CO2 的固定的，C4 植物是在不同细
胞中进行CO2 的固定。CAM 植物是晚上在叶肉细胞的细胞质基质进行CO2 固定，白天在叶肉细胞叶绿体中
进行CO2 固定的，所以CAM 植物是在不同时间进行CO2 固定。
【详解】（1）图1 中过程①进行的场所是细胞的二氧化碳的固定过程，发生在叶绿体基质中；过程②需要
光反应提供NADPH 和ATP。C3 植物在干旱、炎热的环境中，光合作用强度明显减弱的原因是干旱炎热的环
境中，植物为了减少蒸腾作用，气孔大量关闭，造成CO2 进入叶片组织大幅减少，导致光合作用强度明显
减弱，上图中B 曲线代表的是C3 植物一天中的光合作用强度的变化。
（2）与C3 植物相比，C4 植物叶肉细胞中固定CO2 的酶与CO2 的亲和力更强，使得C4 植物能利用更低浓度
的CO2，因而不会出现光合午休现象，其光合作用强度一天的变化曲线为A；因此，C4 植物对干旱环境的
适应能力强。
（3）CAM 植物叶肉细胞液泡的pH 夜晚比白天要“低”，因为夜晚气孔打开，吸收的二氧化碳被固定转化
为苹果酸储存在液泡中，因而晚上细胞液中pH 更低；CAM 植物之所以适应干旱地区的环境变化，是因为
CAM 植物白天气孔关闭进行卡尔文循环，避免了蒸腾作用消耗水分；结合图示可知，白天其进行光合作用
的CO2 来源于苹果酸分解和细胞呼吸；夜晚进行CO2 的固定，为白天的光合作用储存原料。
（4）由于C4 植物能利用较低浓度的二氧化碳，因而不会出现光合午休现象，其一天中的光合强度变化为
曲线C；而C3 植物往往会出现光合午休现象，对应曲线B；又知CAM 植物白天不从外界吸收二氧化碳，因
而对应曲线A，即曲线图中植物A、B、C 分别是CAM 植物、C3 植物、C4 植物。
13．类囊体上的电子传递有线性电子传递链（用实线表示）和环式电子传递链（用虚线表示）两类，如图
1 所示。PS Ⅱ是一种光合色素-蛋白质复合体，PS Ⅱ光能吸收性的重要保护机制有叶黄素循环的热耗散机
制和D1 蛋白周转依赖的PS Ⅱ修复机制。
(1)PS Ⅱ中的色素可用____进行提取。据图1 分析，光反应过程产生的电子（e-），经电子传递的最终电子
受体是____。在光照强度较强时，环式电子传递增强，通过PS Ⅰ将电子传递回质体醌，这个过程使光反应
产生的ATP/NADPH 比值____（填“上升”或“下降”），起到光保护作用。
(2)分析图1 可知，使类囊体腔侧的H+浓度高于叶绿体基质侧的生理过程有____。
(3)重金属镉（Cd）可破坏PS Ⅱ。为探究叶黄素循环和D1 蛋白周转在PS Ⅱ光能吸收性保护机制中的作
用，科研人员分别用叶黄素循环抑制剂（DTT）、D1 蛋白周转抑制剂（SM）处理镉胁迫下的番茄叶片，结
果如图2.分析曲线可知，镉胁迫条件下，叶黄素循环对PS Ⅱ光能吸收性的保护作用比D1 蛋白周转____
（填“强”或“弱”），判断依据是____。
【答案】(1) 无水乙醇
上升
(2)水的光解产生H+、质体醌对H+的运输、合成NADPH 消耗H+
(3) 强 镉胁迫下，DTT 处理后番茄叶片的PS Ⅱ光能吸收性下降幅度大于SM 处理后
【分析】色素具有吸收传递、转化光能的作用。光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，前者在类囊体薄
膜上进行，后者在叶绿体基质中。
【详解】（1）PS Ⅱ中的色素可用无水乙醇进行提取。 光反应过程中，电子的最终受体是NADP （辅酶
⁺
Ⅱ），使其接收电子合成NADPH。 在光照强度较强时，环式电子传递增强，通过PS Ⅰ将电子传递回质体
醌，使光反应产生的ATP 增加，这个过程不产生NADPH，故ATP/NADPH 比值上升，起到光保护作用。
（2）图1 中，水的光解产生H+、质体醌对H+的运输、合成NADPH 消耗H+，这些过程导致类囊体腔的H 浓
⁺
度高于叶绿体基质。
（3）探究叶黄素循环和D1 蛋白周转在PS Ⅱ光能吸收性保护机制中的作用，自变量是是否有叶黄素循环和
D1 蛋白周转，因变量是PS Ⅱ光能吸收性的保护作用。分析图2 可知，镉胁迫下，DTT 处理后番茄叶片的PS
Ⅱ光能吸收性下降幅度大于SM 处理后，故镉胁迫条件下，叶黄素循环对PS Ⅱ光能吸收性的保护作用比D1
蛋白周转强。
14．大豆是全球重要的粮食、经济作物，具有丰富的蛋白质和油分。光合生物吸收过量光能会引起光抑
制，即光合作用最大效率和速率降低。如图1 为大豆叶肉细胞进行光反应过程的模式图，PS Ⅱ反应中心是
光抑制发生的主要部位。光合生物进化出了多种光保护机制，光呼吸途径是一种重要的途径，其过程如图
2，请回答下列问题。
(1)图1 中PS Ⅱ和PSI 是由光合色素和蛋白质组成的复合物，位于叶绿体的_______。自然界中某些细菌如
硫细菌进行光合作用时不产生氧气，推测此类细菌可能不具_____（填“PSI”或“PS Ⅱ”）。光反应生成
的ATP 和NADPH 为暗反应提供了_________。
(2)强光照射往往会使环境温度升高，导致气孔开度下降，CO2供应不足，暗反应减慢，光反应产物ATP、
NADPH 在细胞中的含量______。由于NADP+不足，导致电子积累，产生大量的活性氧，这些活性氧攻击叶绿
素和PS Ⅱ反应中心，从而损伤光合结构。
(3)图2 中Rubisco 是一种双功能酶，在光下它催化RuBP（C5）与CO2的反应称为_____，还能催化C5与O2
反应产生CO2进行光呼吸。强光下，光呼吸增强，产生的C3和CO2可加快暗反应的进行，消耗NADPH 增多，
减缓______的不足，避免电子积累引起的光合结构损伤。
【答案】(1) 类囊体薄膜 PS Ⅱ 还原剂和能量
(2)增加
(3) CO2 的固定 NADP+
【分析】光合作用：①光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP 和NADPH 的生成；②暗反应
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。
【详解】（1）图1 中PSII 和PSI 是由光合色素和蛋白质组成的复合物，主要完成光合作用的光反应，位
于叶绿体的类囊体薄膜上；图中PS Ⅱ过程可以产生氧气，自然界中某些细菌如硫细菌进行光合作用时不产
生氧气，推测此类细菌可能不具有PS Ⅱ；光反应生成的ATP 和NADPH 为暗反应C3 化合物的还原提供了还
原剂和能量。
（2）环境温度升高，导致气孔关闭，CO2 供应不足，暗反应减慢，短时间内，光反应产物ATP、NADPH 利
用减少，在细胞中的含量增加。
（3）RuBP（C5）与CO2 的反应称为CO2 的固定；强光下，光呼吸增强，产生的C3 和CO2 可加快暗反应的
进行，消耗NADPH 增多，产生更多的NADP+，减缓NADP+的不足，避免电子积累引起的光合结构损伤。
15．为研究干旱胁迫对光合作用的影响，科学家以某草本植物为实验材料，设置对照组（CK）、轻度干旱
组（T1）、中度干旱组（T2）、重度干旱组（T3）进行实验，相关实验数据如下。回答下列问题：
处理
最大净光合速
率/
（μmol⋅m-2⋅s-
1）
总叶绿素含
量/
（mg⋅g-1）
气孔导度/
（mmol⋅m-2⋅s-1
）
胞间CO2浓
度/
（μmol⋅mol
-1）
呼吸速率/
（μmol⋅m-3⋅
s-1）
CK
9.22
20
171
279
2.37
T1
7.50
24.8
122
252
2.00
T2
4.04
22.1
73
223
1.60
T3
1.73
14.8
56
231
0.95
(1)测定叶绿素含量时，从叶片中提取叶绿素常利用________作为提取液。叶绿素吸收的光能可用于
________两个方面。
(2)重度干旱时气孔导度下降，胞间CO2浓度反而比中度干旱时略有增加，由表中数据推测，原因可能是
________。
(3)Rubisco 酶具有双重功能，CO2浓度相对较高而O2浓度相当较低时，Rubisco 酶催化CO2的固定，CO2的固
定是指________的过程；而当O2浓度相对较高而CO2浓度相对较低时，Rubisco 酶催化C5与O2结合形成其
他代谢产物，此为光呼吸过程。推测轻度和中度干旱条件下，光呼吸过程会________。
(4)干旱胁迫可以诱导ABA（脱落酸）合成酶系基因的________上调，导致ABA 的合成和分泌增多。ABA 通
过信号转导，又会调控一些基因的表达，其效应之一是使气孔关闭，气孔关闭的意义在于________。上述
能说明植物生长发育的调控是由________共同完成的。
【答案】(1) 无水乙醇 将水分解为氧和H+、为ADP 和Pi 合成ATP 提供能量
(2)重度干旱胁迫使叶绿素减少，叶肉细胞净光合速率明显下降，叶肉细胞从胞间吸收CO2 的量与外界经气
孔进入胞间的CO2 的量差值变大，因此胞间CO2 的浓度会升高
(3) CO2 与C5 结合形成C3 增强
(4) 表达水平 减少水分的散失 基因表达调控、激素调节和环境因素调节
【分析】光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，前者在类囊体薄膜上，后者在叶绿体基质。
【详解】（1）提取光合色素时常利用无水乙醇作为提取液。叶绿体中光合色素吸收的光能，有以下两方
面用途：一是将水分解为氧和H+，氧直接以氧分子的形式释放出去，H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结合，
形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）；二是在有关酶的催化下，提供能量促使ADP 与Pi 反应形成ATP，这样光能
就转化为储存在ATP 中的化学能。
（2）重度干旱时气孔导度下降，胞间CO2 浓度反而比中度干旱时略有增加，由表中数据推测，原因是重度
干旱胁迫使叶绿素减少，叶肉细胞净光合速率明显下降，叶肉细胞从胞间吸收CO2 的量与外界经气孔进入
胞间的CO2 的量差值变大，因此胞间CO2 的浓度会升高。
（3）CO2 的固定是指CO2 与C5 结合形成C3 的过程。干旱条件下，细胞中的CO2 浓度明显下降，光呼吸过
程会增强。
（4）环境条件可以影响基因的表达，ABA 的合成和分泌增多说明ABA 合成酶系的基因在干旱胁迫下表达水
平上调。气孔关闭可以降低蒸腾作用，减少水分的散失。由题中所述可以说明，植物生长发育的调控，是
由基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。
16．硫化氢（H2S）是植物体内的一种信号分子，对植物抵抗逆境具有重要作用。研究者研究低温（4℃）
条件下外源H2S 对白菜幼苗相关指标的影响，结果如表所示。
项目
株高
（cm）
可溶性糖
含量
光合作用相关指标
组
别
处理
净光合
速率
mol·
叶绿素含
量
气孔导度
（moll·
胞间CO2含量
（μmol·mol
-1）
A
常温
4.1
58.12
15.12
25.05
535
397
B
4℃
2.8
72.31
6.22
18.42
533
498
C
3.9
88.46
25.03
23.87
534
400
回答下列问题：
(1)与植物激素相似，H2S 对白菜幼苗的生长发育起_________作用。
(2)分析可知，低温处理叶肉细胞净光合速率下降主要与光反应有关而与气孔导度变化无关，原因是
_________
(3)低温条件下植物细胞会产生大量自由基，为探明H2S 作用的分子机制，研究者对部分基因表达情况进行
检测，结果如图所示。
根据上述检测结果并结合上表分析，H2S 能解除低温对白菜幼苗生长的抑制作用的机理有：一是增加可溶
性糖含量，使细胞内_________增高，减少水分散失；二是_________，促进植株光合作用；三是
_________，保护叶绿体内部的_________结构，减少其磷脂分子所受的攻击。
【答案】(1)调节
(2)叶绿素含量降低，光反应速率下降；B 组与A 组气孔导度基本相同，但B 组胞间CO2 浓度增加
(3) 渗透压 提高捕光蛋白、还原剂合成酶和碳固定酶蛋白含量，使叶绿素捕获更多的光并合成
NADPH，提高CO2 固定和还原能力 促进清除细胞自由基酶的合成，清除低温条件下细胞产生的大量自
由基 基粒
【分析】影响光合作用强度的限制因素有：温度、光照强度、二氧化碳浓度、水、土壤中矿质元素含量，
由于在大田中，一般水分和矿质元素的供应往往是充足的，所以平时影响光合作用的因素主要是温度、光
照强度和二氧化碳浓度。
【详解】（1）植物激素是植物体内起调节生命活动作用的信号分子，H ₂ S 是植物体内信号分子，作用和
植物激素类似，因此起调节作用。
（2）结合表格数据分析：低温组叶绿素含量（18.42mg·g ¹）远低于常温组（
⁻
25.05mg·g ¹），叶绿素是
⁻
光反应的主要色素，因此净光合速率下降主要与光反应有关，而常温组（A）气孔导度为535，低温组
（B ）为533 ，二者基本相同，且B 组胞间CO
浓度（
₂
498μmol·mol ¹ ）远高于
⁻
A 组
（397μmol·mol ¹），说明
⁻
CO 供应充足，故气孔导度不是净光合速率下降的原因。
₂
（3） 可溶性糖含量增加会使细胞液渗透压升高，增强细胞保水能力，减少水分散失； 结合柱形图和表
格数据，外源H ₂ S 处理后，捕光蛋白合成基因、光合作用相关酶基因的表达量显著升高，对应表格中叶绿
素含量明显提升，因此H ₂ S 通过促进叶绿素和光合相关酶的合成，促进光合作用；由题意可知，低温会产
生大量自由基，柱形图显示H ₂ S 处理后清除自由基相关酶基因的表达量显著升高，因此H ₂ S 可以促进清除
细胞自由基酶的合成，清除低温条件下细胞产生的大量自由基；自由基攻击磷脂，叶绿体中类囊体薄膜由
磷脂双分子层构成，是光反应的场所，因此保护的是基粒（类囊体）。
17．植物适应强光的策略
植物通过叶绿体中的光系统吸收光能以启动光合作用。然而，过多的光能导致高活性的中间体的含量增
加，严重时会损害光合装置并降低光合作用效率，这种现象称为光抑制。为了应对这种类型的压力，植物
采用了各种自我保护机制，形成三道防线。
Ⅰ．第一道防线：叶片和叶绿体的移动等。在器官水平上，植物可以通过改变叶角来响应外部光强度。在
细胞水平上，植物也可以通过改变叶绿体在细胞内的位置来优化用于光合作用的光的捕获。
(1)请基于材料和所学内容推测，下列叙述错误的是______（单选）
A．弱光下叶子向光源移动，形成与入射光垂直的角度，从而最大限度地吸收光能
B．强光下植物将叶子的位置和角度调整为与光的方向平行，从而减少对光能的吸收
C．强光下叶绿体大量定位于向光面有利于提高光能的利用
D．在不同光照下细胞骨架驱动并定位叶绿体是自然选择的结果
(2)进一步研究发现，某种叶绿体定位相关蛋白Chupl 在叶绿体的向光和避光运动中起到重要作用，若去除
叶绿体的Chupl 蛋白后，叶绿体不会响应光的强度而移动。请在表中横线上选填编号，完成以下实验设
计，并推断实验结果。
组别
实验对象
处理方式
预期实验结果
对照组
______
弱光
③
强光
______
实验组
______
弱光
⑤
强光
______
①Chupl 基因缺失的拟南芥叶肉细胞； ②正常的拟南芥叶肉细胞；
Ⅱ．第二道防线：环式电子传递、光呼吸和清除ROS 等。植物体内光系统I（PSI）、细胞色素复合体
（Cb6/f）、光系统II（PSII）等结构能形成如图所示的线性电子传递和环式电子传递两条途径。线性电
子传递中，电子经PSII、Cb6/f 和PSI 最终产生NADPH 和ATP。环式电子传递中，电子在PSI 和Cb6/f 间循
环，仅产生ATP 不产生NADPH，其具体机制如图所示。另有研究发现，强光会造成类囊体电子积累导致活
性氧（ROS，一种自由基）大量增加，ROS 攻击生物大分子从而损伤类囊体。
(3)光合色素分布在叶绿体的______上，与蛋白质一起组成电子传递复合体（包括PSI 和PSII）。如图，
PSII 中的色素吸收光能后，一方面将H2O 分解，同时产生的电子传递给PSI 用于合成______。另一方面，
在ATP 合酶的作用下，
______（①顺/②逆，编号选填）浓度梯度转运释放能量，促进ADP 和Pi 合成
ATP。
(4)下列叙述正确的是______。（多选）
A．环式电子传递中电子按H2O→PSII→PQ→细胞色素b6f→PC→PSI→PQ→…的顺序传递
B．与线性电子传递相比，环式电子传递能够降低ATP/NADPH 比例
C．强光胁迫下往往温度升高，气孔关闭，叶绿体中CO2的不足，NADP+/NADPH 的比值升高
D．为避免电子积累引起光合结构损伤，强光胁迫下PSI 环式电子传递会被激活
Ⅲ．第三道防线：修复受损的PSII。PSII 修复有两个主要方面：PSII 复合物的分解和重组，主要包括D1
蛋白的降解和合成、组装。D1 蛋白是PSII 复合物的组成部分，在光抑制过程中会高度磷酸化。为研究光
抑制后D1 蛋白的修复过程，科学家利用光抑制处理的菠菜叶圆片按如下流程进行实验：光抑制处理的叶圆
片→叶绿体蛋白质合成阻断剂（作用时长有限）溶液浸泡→取出叶圆片→弱光（或暗）处理不同时间→测
量结果，实验数据如下表。
指标
处理条
件
处理时间
0
1h
2h
D1 蛋白总量（%）
弱光
100
66.
7
65.8
暗
100
92.
4
92.5
D1 蛋白磷酸化比例（%）
弱光
74
55.
54.4
2
暗
74
73.
4
72.2
D1 蛋白交联聚合物比例
（%）
弱光
0.25
0.0
8
0.01
暗
0.25
0.2
4
0.23
(5)表中数据说明光抑制处理后，叶片中D1 蛋白的降解依赖于______（①弱光/②暗，编号选填）的条件，
D1 蛋白的降解过程会使D1 蛋白磷酸化比例、D1 蛋白交联聚合物比例均______（①升高/②不变/③降低，
编号选填）。
(6)为研究D1 蛋白降解过程是先发生D1 蛋白去磷酸化，还是先发生D1 蛋白交联聚合物解聚，科学家用氟
化钠抑制叶片中D1 蛋白的去磷酸化后，结果显示D1 蛋白总量几乎无变化，但D1 蛋白交联聚合物则明显减
少。据此写出D1 蛋白降解过程。
D1 蛋白降解依赖的环境条件→______→______→D1 蛋白降解
【答案】(1)C
(2) ② ④ ① ⑤
(3) 类囊体薄膜 NADPH 和ATP ②
(4)AD
(5) ① ③
(6) D1 蛋白交联聚合物解聚 D1 蛋白去磷酸化
【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收、
传递和转换光能，并将一部分光能用于水的光解生成NADPH 和氧气，另一部分光能用于合成ATP，暗反应
发生场所是叶绿体基质中，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化
合物，三碳化合物利用光反应产生的NADPH 和ATP 被还原。
【详解】（1）A、在弱光条件下，植物为了获取更多的光能用于光合作用，叶子会向光源移动并形成与入
射光垂直的角度，这样可以最大程度地接收光照，A 正确；
B、强光可能会对植物造成光抑制等伤害，植物将叶子位置和角度调整为与光平行，能减少叶片对光的吸
收面积，进而减少对光能的吸收，避免过多光能带来的损害，B 正确；
C、强光下叶绿体大量定位于背光面而不是向光面，因为在背光面可以避免直接受到高强度光照，减少光
损伤，同时在一定程度上仍能利用散射光等进行光合作用，C 错误；
D、植物为了适应不同的光照环境，通过细胞骨架驱动并定位叶绿体来调节光能的吸收，这种特性是在长
期的进化过程中，经过自然选择保留下来的有利于植物生存和繁衍的特征，D 正确。
故选C。
（2）对照组： 实验对象应选择正常的拟南芥叶肉细胞（②），因为在正常情况下研究叶绿体对光的响应
作为对照。
弱光下预期实验结果③为叶绿体向与入射光垂直的方向移动，以最大限度吸收光能。
强光下预期实验结果④强光下植物将叶子的位置和角度调整为与光的方向平行，从而减少对光能的吸收
实验组： 实验对象选择①Chupl 基因缺失的拟南芥叶肉细胞，用于研究去除相关蛋白后叶绿体的移动情
况。 弱光下预期实验结果⑤为叶绿体位置不随光强变化而移动，因为去除了叶绿体定位相关蛋白
Chupl ，叶绿体不会响应光的强度而移动。 强光下同样叶绿体位置不随光强变化而移动，依然是⑤。
（3）光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上；
在线性电子传递中，PSII 中的色素吸收光能后，一方面将H2O 分解，产生的电子传递给PSI 用于合成
NADPH；另一方面，在ATP 合酶的作用下，H+顺浓度梯度转运释放能量，促进ADP 和Pi 合成ATP 。因为
H+是从类囊体腔向叶绿体基质转运，而类囊体腔中H+浓度高于叶绿体基质，所以是②顺浓度梯度。
（4）A、由图可以看出，环式电子传递中电子按H2O→PSII→PQ→细胞色素b6f→PC→PSI→PQ→…的顺序
传递，一直从PQ 往后循环，A 正确；
B、线性电子传递产生NADPH 和ATP，而环式电子传递仅产生ATP 不产生NADPH，所以环式电子传递会增加
ATP 的产生量相对NADPH 不变的情况，能升高ATP/NADPH 比例，B 错误；
C、强光胁迫下温度升高、气孔关闭，CO2 供应不足，暗反应中C3 生成减少，消耗的NADPH 也减少，而光
反应产生的NADPH 正常进行，所以NADP+ /NADPH 的比值降低，C 错误；
D、强光会造成类囊体电子积累导致活性氧（ROS）大量增加，为避免电子积累引起光合结构损伤，激活
PSI 环式电子传递可以消耗多余的电子，D 正确。
故选AD。
（5）从表格中可以看出，弱光和暗处理下D1 蛋白总量都在下降，但暗处理时D1 蛋白总量下降幅度相对较
小；而D1 蛋白磷酸化比例在弱光和暗处理下都是逐渐降低的；D1 蛋白交联聚合物比例在弱光下逐渐降
低，在暗处理下先升高后降低。综合来看，光抑制处理后，叶片中D1 蛋白的降解依赖于弱光条件（因为暗
处理时D1 蛋白总量下降相对慢很多），D1 蛋白的降解过程会使D1 蛋白磷酸化比例降低，D1 蛋白交联聚合
物比例降低，整体趋势是下降的，所以第二个空填③降低。
（6）科学家用氟化钠抑制叶片中D1 蛋白的去磷酸化后，结果显示D1 蛋白总量几乎无变化，但D1 蛋白交
联聚合物则明显减少，所以应该先发生D1 蛋白交联聚合物解聚，再发生D1 蛋白去磷酸化，最后D1 蛋白降
解。
