文档文本内容
第11 讲 细胞代谢综合分析（专项训练）
模拟·基础演练.......................................................................................................1
考点一 光合作用和呼吸作用的联系........................................................................................1
考点二 影响光合作用和呼吸作用的因素................................................................................2
考点三 光合速率和呼吸速率的测定及联系............................................................................4
考点四 光呼吸和光抑制............................................................................................................5
考点五 C4 途径和CAM 途径.........................................................................................................8
重难·创新演练.......................................................................................................9
真题·实战演练.......................................................................................................17
模拟·基础演练
考查重点：光合作用和呼吸作用的联系、影响光合作用和呼吸作用的因素、光合速率和呼吸速率的测
定及联系、光呼吸和光抑制、 C4 途径和CAM 途径
考点一 光合作用和呼吸作用的联系
1．【一昼夜 CO₂ 吸收速率曲线分析（光合与呼吸综合）】（2026·北京海淀·二模）研究者在实验室条件
下培养铁皮石斛，除黑暗和恒定光强相互交替外，其他环境条件相同。测定一天中不同时刻的CO2吸收速
率，结果如下图。
下列叙述错误的是（ ）
A．ab 段吸收CO2与光反应无关
B．b 点释放的CO2来自细胞呼吸
C．气孔开闭可能会引起be 段变化
D．ad 段有机物积累量接近于零
2．【光能转化、物质代谢途径综合判断】（2026·河南·三模）某植物细胞内光能转化、储存和利用的部分
途径如图所示。下列叙述正确的是（ ）
A．过程
产生的
①
ATP 和NADPH 可用于细胞呼吸过程中有机物的分解
B．过程
中活跃化学能转变成稳定化学能仅依赖
②
CO2的固定和C3的还原
C．有机物中稳定化学能转化为ATP 中活跃化学能的过程可发生在线粒体中
D．若该类细胞经过程
形成的有机物大于过程
消耗的有机物，则该植物一定生长
①②
③④
3．【线粒体、叶绿体电子传递链与能量转换辨析】（2025·陕西宝鸡·二模）呼吸作用和光合作用是生物能
量转换的核心生理过程，在线粒体和叶绿体的生物膜上都存在一系列电子载体(传递电子)组成的电子传递
链，电子传递过程中释放的能量用于运输H+从而建立起跨膜的 H+浓度梯度，膜两侧的 H+浓度梯度驱动
ATP 合酶合成 ATP，相关过程如图，关于呼吸、光合的电子传递链，下列说法正确的是（ ）
A．图 1、2 的生物膜分别是线粒体内膜、叶绿体内膜
B．图 1 和图 2 的最终电子受体分别为 O2、NADP+
C．图示两过程均发生化学能转换为电能
D．合成的 ATP 均能用于生物体的各项生命活动
考点二 影响光合作用和呼吸作用的因素
4．【同位素标记与氧浓度对光合呼吸综合影响分析】（2026·重庆沙坪坝·模拟预测）为研究不同氧气浓度
对植物净光合速率和呼吸作用速率的影响，研究人员将面积为Ncm2的叶片浸入H2
18O 后，置于全为18O2且
含量为Xμmol 的密闭装置中，测定数据如图所示。已知用强度为M 的光照持续照射120 秒，测得容器中
18O2的量为Yμmol，16O2的量为Zμmol。下列说法错误的是（ ）
A．光照条件下，植物通过光合作用制造的有机物中有16O 和18O
B．黑暗条件下，低氧限制了呼吸作用
C．在500 单位光照强度下持续光照12 小时，黑暗12 小时，高氧更有利于糖分积累
D．光照强度为M 时，净光合速率可用 (Y+Z-X)/120Nμmol(m
2·s)表示
5．【光合呼吸过程图解与温度影响曲线综合分析】（2025·江苏盐城·模拟预测）如图，图1 为某植物光合
作用和细胞呼吸过程示意图，图2 为探究密闭装置中不同温度对该植物叶肉细胞光合速率和呼吸速率影响
的实验结果。下列说法错误的是（ ）
A．图1 中产生ATP 和[H]的生理过程有①③④
B．图1 中产生O2与消耗O2的场所分别为类囊体薄膜、线粒体内膜
C．据图2 判断，温度为t2时，O2的去向是被线粒体利用和释放到外界环境
D．t3温度下，植株光照12 小时积累有机物（按葡萄糖质量计算）的量约为50.6mg
6．【密闭容器温度对光合呼吸影响曲线分析】（2025·陕西宝鸡·二模）科研人员将一盆绿萝放在透明且密
闭的容器内，并在一定条件下培养，在不同温度下分别测定其黑暗条件下的CO₂ 释放量和适宜光照下CO₂
吸收量并绘制曲线如图所示，图2 表示绿萝叶肉细胞内的线粒体和叶绿体的关系。据图分析，正确的是（
）
A．24℃适宜光照条件下，绿萝的CO₂ 固定速率会大于60mol/s
B．在29℃时，绿萝的呼吸速率等于光合速率
C．植株的CO₂ 吸收速率为零时，其叶肉细胞的状态如图2 中
所示
③
D．在29℃且每天光照10 小时的环境中，植株不能积累有机物
考点三 光合速率和呼吸速率的测定及联系
7．【细胞代谢过程图解与昼夜有机物积累计算分析】（2026·黑龙江哈尔滨·三模）图甲是蒲公英叶肉细胞
进行光合作用和细胞呼吸的物质变化示意简图，其中
～
为生理过程，
①
⑤
a～h 为物质；图乙为温度对人工
种植的蒲公英光合作用与呼吸作用的影响（一昼夜白天和夜间均为12h）。下列叙述错误的是（ ）
A．图甲中在光照下能产生ATP 的过程有①③④⑤
B．图甲中的c 为还原型辅酶
，
Ⅱ
g 为核酮糖-1，5-二磷酸
C．由图乙分析可知，蒲公英光合作用的最适温度是25℃
D．P 点所对应的温度下培养蒲公英，一昼夜没有有机物的积累
8．（不定项）【有机物积累对光合作用影响实验分析】（2026·辽宁沈阳·模拟预测）为研究有机物的积累
对苹果叶片光合作用的影响，研究人员将甲组苹果叶片上下的枝条进行环割处理以阻断有机物的运输，乙
组不作处理。然后在白天不同时间测定两组叶片净光合速率的变化，实验结果如曲线A、B 所示。下列说
法正确的是（ ）
A．图2 中，B 代表甲组
B．13 点时B 组叶片细胞内产生ATP 的场所有线粒体、细胞质基质和叶绿体
C．该实验可以证明叶片中有机物积累会抑制光合作用的进行
D．A 组的光合作用产物主要通过韧皮部以葡萄糖的形式运输到植株各处
9．【密闭装置测定光合速率实验综合填空】（2025·吉林·模拟预测）家家户户中都喜欢放几盆盆栽以增加
家中的一丝绿意。小明同学为测定光合作用速率的变化，将番茄放入密闭的透明玻璃小室中、如图甲所示。
将该装置放于自然环境中，测定夏季一昼夜小室内植物氧气量的变化，结果如图乙。请据图分析并回答下
列问题：
(1)图乙曲线中，BC 段相比于AB 段下降放缓的原因是________。D 点时番茄叶肉细胞的光合强度
________（填大于或等于或小于）呼吸强度，此时产生
“
”
“
”
“
”
ATP 的场所有____________________。
(2)图甲装置中有色液滴移到最右侧时对应图乙曲线中的________点。
(3)如果要测定该植物的真正光合作用速率，还需增加一组实验，其设计思路是________________________。
(4)该小组成员将番茄叶片放在温度适宜的密闭容器内，短时间测量容器内O2量参变化，结果如图丙所示。
若叶片的呼吸速率始终不变，则在5～15min 内，番茄叶片光合作用的平均速率（用单位时间内O2生量表
示）是________mol/min。
考点四 光呼吸和光抑制
10．【光呼吸与卡尔文循环关联机制分析】（2026·重庆·模拟预测）RuBisco 普遍分布于玉米、大豆等植物
的叶绿体中，它是光呼吸(细胞在有光、高O2、低CO2情况下发生的生化反应)中不可缺少的加氧酶，也是
卡尔文循环中固定CO2最关键的羧化酶。RuBisco 的具体作用过程如下图所示。下列说法错误的是
（ ）
A．据图可推测，玉米、大豆叶片中消耗O2的场所有叶绿体基质和线粒体内膜
B．在夏季天气晴朗的中午，大豆叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会下降
C．在CO2/O2的值高时，RuBP 易与CO2结合发生反应进而形成糖类
D．在CO2/O2的值低时，光呼吸可消耗NADPH 以免NADPH 对叶绿体造成损伤
11．【光抑制与人工电子梭实验探究分析】（2025·重庆·三模）光照过强会使得电子积累过多，过多的电
子会产生活性氧破坏类囊体膜，导致光合速率下降，这种现象被称作光抑制。我国科学家利用能接收电子
的人工电子梭（铁氰化钾）有效解除微藻的光抑制，实验结果如图，下列分析不合理的是（ ）
A．对照组类囊体膜上水分解释放的电子用于NADH 的形成
B．对照组光照强度由I1突然增加到I2，C3含量基本不变
C．实验组中铁氰化钾通过分流电子避免活性氧的产生，对类囊体膜起保护作用
D．分别用I1、I3光照强度处理微藻再加入适量铁氰化钾后置于I3光照强度下，I1组的光合放氧速率高
12．【盐胁迫、光抑制与植物抗逆机制综合实验填空】（2026·山东淄博·二模）当光照过强时，会破坏植
物光反应中心，导致光能转化效率降低，这种现象称为光抑制。 C3 植物可通过光呼吸耗散光合系统中过
剩光能，缓解光抑制。研究人员以拟南芥野生型（CoI）与 CaM4 基因缺失突变体（cam4）为材料，在强
光下探究盐胁迫对植物光合生理的影响，实验结果如下表所示。
植株
类型
处
理
叶
绿
素
相
对
含
量
净光合速率
/μmol·m-2·s-1
气孔导度
/mmol·m-2·s-1
胞间 CO2
浓度
/μmol·mol-1
Fv/Fm
暗呼吸速率
/μmol·m^z·s-1
光呼吸速率
/μmol·m-2·s-1
CoI
对
照
48.5
10.0
185
280
0.826
2.1
1.6
CoI
盐
胁
迫
40.1
6.3
118
305
0.765
2.9
2.4
cam4
对
照
48.2
9.8
182
282
0.824
2.2
1.5
cam4
盐
胁
迫
31.8
2.7
75
322
0.688
3.5
1.2
注：暗呼吸指植物在有光、无光条件下均能进行的有氧呼吸。
(1)除 C、H、O 之外，叶绿素分子中含有的主要元素还有_____（写出 2 种即可）。 光呼吸消耗有机物，
但不产生 ATP 和 NADPH，推测光呼吸释放的能量主要去向是_____。
(2)据表分析，盐胁迫处理条件下导致 CoI 净光合速率降低的因素属于_____（填 气孔或非气孔）限制
“
”
“
”
因素，此时净光合速率下降的主要原因是_____。
(3)Fv/Fm 反映光抑制强度，数值越低光抑制越强。盐胁迫条件下，与 CoI 相比，cam4 叶绿素含量下降
幅度更大，除盐胁迫直接造成的损伤外，还可能是由于_____。
(4)盐胁迫会造成植物细胞内 Na+ 过量积累，植物可通过 SOS 信号通路将 Na+ 排出以抵御盐胁迫。该通
路涉及 SOS3/SCaBP8/CaM4 复合体、SOS1、SOS2 等多种蛋白。为探究该通路机理， 以 CoI 和不同类
型的基因缺失突变体为材料， 开展的实验及相关指标检测结果如图所示。盐胁迫信号会促使胞质中 Ca2+
浓度升高， Ca2+ 优先结合的蛋白是_____，之后会使_____，最终使 SOS1 磷酸化，将细胞内 Na+ 排出。
注：NaCl 为盐胁迫处理；突变体1 基因SOS3 和SCABP8 缺失； 突变体2 基因CaM4、SOS3 和SCABP8
缺失。
考点五 C4 途径和CAM 途径
13．【C4 植物特殊光合途径结构与代谢分析填空】（2025·甘肃庆阳·模拟预测）高粱属于C4 植物，其叶
片存在内层为维管束鞘细胞、外层为叶肉细胞的花环型结构，叶肉细胞不能进行暗反应，但可通过
“
”
C4 途
径初步固定CO2（酶1 对CO2的亲和力极高），起到“CO2泵的作用，把
”
CO2 “压进维管束鞘细胞。这样
”
可以把大气中含量很低的CO2以C4 的形式固定下来，光合作用部分过程如图所示。回答下列问题：
酶1：PEP 羧化酶(PEPC)；酶2：RuBP 羧化酶(Rubisco)
(1)图中X 代表的物质是__________，高粱植株体内固定CO2的场所是____________。
(2)据题推测，PEPC 与无机碳的亲和力_________（填高于
低于）
“
”“
”
Rubisco。
(3)炎热夏季中午，高粱不会出现光合午休现象，光合速率仍较高，原因可能是
“
”
____________________ 。
(4)维管束鞘细胞的叶绿体通常只能进行暗反应，推测其叶绿体结构上的特点是________________________。
分离光合色素所用的试剂是__________________，三碳糖运出叶绿体，在细胞质基质中形成蔗糖，蔗糖
__________（填有或没有）还原性，比较稳定，以该形式运输到其他部位不会造成碳素的丢失。若夜
“
”
“
”
间有三碳糖从维管束鞘细胞的叶绿体中运出，其来源最可能是_______________（填物质）。
14．【CAM 植物景天酸代谢与进化适应综合填空】（2026·陕西西安·模拟预测）仙人掌属于景天酸代谢
（CAM）植物，具有特殊的CO2固定方式，白天有机酸含量下降，糖类含量升高，夜晚则相反。图1、图
2 是气孔在不同状态下，细胞内所发生的相应景天酸代谢过程。请回答下列问题：
(1)据所学知识及图示分析，仙人掌在景天酸代谢途径中，光合作用合成有机物所需的CO2来源于
_________；参与仙人掌固定CO2的酶分布在______________。白天时，光既可为仙人掌的光合作用提供
能量，又能作为一种__________影响和调控其生长发育。
(2)在图1 和图2 中，_______为仙人掌在夜晚时的景天酸代谢过程，理由是__________________________。
仙人掌能在高温、干旱环境下生存，这是一种适应，适应形成的必要条件是
___________________________________________________________________________。
(3)研究发现，光合作用蛋白是植物体内光反应中的关键功能蛋白，其可通过与光合色素结合介导光能捕获、
能量传递与电子转移，实现能量转化中的________；绿叶中的光合色素中，主要吸收红光和蓝紫光的是
___________________。
重难·创新演练
设题创新：采用多组密闭装置变式组合，综合考查植物光合呼吸实验逻辑 (T1); 依托细胞代谢过程图
解，分层辨析光合呼吸物质能量变化 (T2); 以光质、盐胁迫双重逆境为新切入点，探究作物光合适应机
制 (T3); 创新性引入库源比农学概念，考查光合产物分配调控规律 (T4); 结合传统农业俗语创设生活
化命题素材，实现知识生活化应用 (T5); 搭建密闭、开放双实验模型，强化光合呼吸定量计算新考法
(T6); 采用通气法原位检测技术，突破传统呼吸光合实验设问模式 (T7); 依托森林群落幼苗光合数据，
多角度分析植物生态适应性 (T8); 对经典光合速率曲线进行变式设问，深挖曲线拐点生理意义 (T9);
整合光合呼吸全程物质变化，构建细胞代谢闭环考查体系 (T10); 基于人工仿生光合系统前沿科研素材，
考查光合原理创新应用 (T11); 结合水稻逆境育种实际，从离子调控、干旱适应双维度创新设题 (T12);
对比 C3、CAM 两类植物光呼吸差异，深挖植物逆境生存新机制 (T13); 借助转基因改良作物素材，探究
C4 光合机制赋能 C3 植物增产原理 (T14); 回归希尔反应经典科学史，从分子机制层面深度变式拓展设
问 (T15)。
学科融合：生物与农业生产融合，结合合理密植、水肥管理、作物育种考查光合原理田间应用
(T4/T5/T12/T14); 生物与生态生理学融合，探究植物盐胁迫、干旱胁迫、林下弱光环境的适应性机制
(T3/T8/T13); 生物与实验工程融合，依托密闭装置、通气法、希尔反应体系创新生物实验设计与分析
(T1/T6/T7/T15); 生物与前沿仿生工程融合，结合人工光合系统设计，实现基础理论与仿生技术交叉
(T11); 生物与植物生理学融合，深度整合光合呼吸物质能量代谢、光呼吸调控核心机理 (T2/T9/T10)。
1．【装置变式考法·密闭装置组合深究植物光合呼吸综合速率】（2026·安徽合肥·模拟预测）科研人员
利用以下装置来探究玉米幼苗的某些生理作用。假如玉米幼苗光合作用的产物和呼吸作用的底物均为葡萄
糖，且不进行产生乳酸的无氧呼吸。下列相关叙述正确的是（ ）
A．将装置甲遮光处理，红色液滴测定的是消耗的O2量和释放CO2量的差值
B．若将装置乙中的玉米幼苗移走，该装置可修正环境变化对实验的影响
C．可利用装置丙探究不同浓度的CO2对光合作用速率的影响，光照强度为该实验的无关变量
D．适宜光照条件下，装置乙中的红色液滴会一直向右移动，但移动速率会逐渐减慢
2．【过程图解考法·叶肉细胞多代谢过程逻辑辨析】（2026·河南·模拟预测）如图所示为高等植物叶肉细
胞内的部分代谢过程，
～
为相关生理过程。下列叙述正确的是（ ）
①
⑦
A．
和
均在生物膜上进行
③
⑥
B．高温干旱条件下，
受阻的主要原因并非
受阻
④
③
C．产生ATP 的过程有
，产生的
③⑤⑥
ATP 均可为
提供能量
②
D．
产生的
③
O2多于
消耗的
⑥
O2时，植物干重就会增加
3．【逆境新情境·光质调控盐胁迫下作物光合生理特征】（2026·宁夏石嘴山·三模）光质和土壤中的盐含
量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高盐含量（盐胁迫）下某作物生长的影响，将作物
分组处理一段时间后，结果如图所示（光补偿点指当总光合速率等于呼吸速率时的光照强度）。下列叙述
不正确的是（ ）
A．仅选用上述
组进行对比分析，还不足以探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长
①③④
的影响
B．温度和二氧化碳浓度是该实验的无关变量
C．在光照强度达到光补偿点时（CO2消耗量与光照强度视为正比关系），
组的总光合速率大于
组
④
③
的总光合速率
D．光对植物生长的作用有为光合作用提供能量和作为信号调节植物生长发育两个方面
4．【新角度·库源比值调控植物光合产物分配规律】（2026·湖北·二模）叶片是植物给其他器官提供有机
物的源器官，果实是储存有机物的库器官。为研究这两类器官之间的关系，现将若干生长状态相同的
“
”
“
”
某植物均分为库源比（果实数量与叶片数量的比值）不同的甲、乙、丙三组进行实验，用
14CO2供应给各
组保留的叶片进行光合作用，实验处理及结果见下表。下列说法错误的是（ ）
项目
甲组（保留枝条
顶部1 个果实、2
片成熟叶）
乙组（保留枝条
顶部1 个果实、
4 片成熟叶）
丙组（保留枝条
顶部1 个果实、
6 片成熟叶）
库源比
1/2
1/4
1/6
净光合速率/（μmol·m-2·s-1）
9.31
8.99
8.75
果实中含
14C 的光合产物/mg
21.96
37.38
66.06
单果重/g
11.81
12.21
19.59
注：净光合速率是指植物在单位时间单位叶面积从外界环境吸收的
14CO2的量
A．库源比升高，植株的叶片相对减少，可提供给果实的有机物会增多
B．根据三组实验结果可知，随着库源比的升高，该植物净光合速率升高
C．该实验的目的是探究不同库源比对该植物叶片光合作用和光合产物分配的影响
D．蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，因为其不具有还原性，稳定性较高
5．【生活化情境·传统农业谚语蕴含生物原理辨析】（2026·湖南邵阳·三模）我国是农业古国，是全球农
业发生最早的国家之一，下列关于农业谚语原理的分析错误的是（ ）
A．地尽其用田不荒，合理密植多打粮：保证光照强度和二氧化碳浓度，以增强光合作用
“
”
B．薄肥勤施，忌施浓肥：浓肥会导致土壤溶液浓度低于植物细胞液浓度，引起植物细胞过度失水
“
”
C．白天光照强，夜里露水狂，庄稼丰收有希望：昼夜温差大，有利于植物有机物的积累
“
”
D．一亩三甽，岁代处：田垄和田沟的轮番更替有利于农作物充分利用土壤中的无机物
“
”
6．【双模型考法·密闭/开放体系光合呼吸定量计算分析】（2026·河南信阳·二模）取某绿色植物两叶片，
将甲叶片置于一密闭、恒温的透明玻璃容器内进行相关实验探究，测得数据如图甲所示。将乙叶片置于开
放环境中，在一定实验条件下检测其CO2吸收量和释放量，研究温度对叶片光合作用与呼吸作用的影响，
测得数据如图乙所示。下列说法错误的是（ ）
A．甲叶片在第30min 时，叶肉细胞内产生ATP 的部位有叶绿体、线粒体和细胞质基质
B．甲叶片第15~45min 中叶绿体通过光反应产生的O2量为4×10-7
C．在10~20℃之间，温度对乙叶片光合作用的影响大于呼吸作用的影响
D．22℃和30℃时乙叶片的真正光合速率相同，但积累的有机物的量不同
7．【实验创新考法·通气法原位检测叶片光合呼吸强度】（2026·重庆渝中·模拟预测）通气法可测定植物
单个叶片的呼吸作用和光合作用强度，如图所示。将叶片置于同化箱中，在特定的光照、温度条件下，让
空气沿箭头方向流动，并检测通入和通出空气中的CO₂ 浓度变化。下列有关说法错误的是（ ）
A．图示条件下，植物叶片产生CO₂ 的场所是线粒体基质
B．将该装置置于黑暗条件下，可用来测定叶片的呼吸作用强度
C．黑暗条件下测定通入和通出气体体积的差值来检测叶片的呼吸作用强度
D．图中当A、B 处气体中的CO₂ 浓度相等时，说明光合作用与呼吸作用强度相等
8．（不定项）【图表数据考法·森林幼苗光合适应特性对比分析】（2026 高三·全国·专题练习）在适宜温
度和大气CO2浓度条件下，测得某森林中林冠层4 种主要植物幼苗的生理指标（见表）。下列分析不正确
的是（ ）
指标
物种
构树
刺槐
香
樟
胡颓子
光补偿点/千勒克斯
6.0
4.0
1.8
1.1
光饱和点/千勒克斯
13.0
9.0
3.5
2.6
注：光补偿点指光合速率等于呼吸速率时的光照强度；光饱和点指达到最大光合速率所需的最小光照强度。
A．当光照强度小于6.0 千勒克斯时，构树幼苗叶肉细胞需要的CO2全部来自外界
B．当光照强度为10.0 千勒克斯时，影响构树和刺槐幼苗光合速率的环境因素都有光照强度和CO2浓度
等
C．若将光照强度突然由2.0 千勒克斯增加到4.0 千勒克斯，短时间内香樟幼苗叶肉细胞中的C3会增加
D．在树冠遮蔽严重、林下光照较弱的环境中，胡颓子和香樟的幼苗存活率高于刺槐和构树
9．（不定项）【曲线变式考法·光照强度对净光合速率调控机制深究】（2026·河北雄安·三模）如图表示
某植物叶片在适宜温度、CO2浓度条件下，净光合速率随光照强度变化的曲线。图中A、B、C、D 为曲线
上的关键点，已知光饱和点为光合速率达到最大值时对应的光照强度。下列叙述错误的是（）
A．B 点时，植物叶片有机物的生成量等于0
B．若将CO2浓度降低，B 点将右移，D 点将左移
C．C 点为光饱和点，此时光照强度不再是限制光合速率的主要因素
D．当光照强度为D 时，植物叶肉细胞中产生的O2会进入线粒体和释放到细胞外
10．（不定项）【整合图解考法·光合与呼吸物质循环综合辨析】（2026·江西·模拟预测）光合作用与细胞
呼吸相互依存、密不可分，各自又具有相对的独立性。如图是某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图，其
中I-VII 代表物质，①-⑤代表过程。下列叙述正确的是（ ）
A．图中物质II 和VI 为同一种物质，I 和IV 为不同物质，III 和VII 为同一种物质
B．VII 在线粒体产生后，被相邻细胞的叶绿体利用，至少需要穿过6 层磷脂双分子层
C．光合作用合成的糖类，可经细胞呼吸分解供能，细胞呼吸产生的中间产物也可转化为甘油、氨基
酸等非糖物质
D．图中过程
的进行需要光、色素和酶，过程
在有氧、无氧条件下均可部分进行
①
③④⑤
11．【前沿仿生情境·人工光合系统构建与功能验证】（2026·重庆·模拟预测）科研工作者从小球藻中分离
类囊体（TEM），并将其与16 种酶一起包裹在油包水液滴中构成人工光合系统，如图甲所示。人工光合
系统光照后，有ATP、NADPH 产生，并且生成了有机物。
(1)光反应发生在_______上，其主要由______和蛋白质组成的复合物，是光能吸收、转移和转换的功能单
位。与叶肉细胞相比，该系统不进行_______（生理过程），因此有利于积累更多的有机物。
(2)为验证G 酶对人工光合系统的有效性，研究者进一步开展实验，实验结果如图乙。该实验分为组1~4，
除按图乙所示进行相应自变量处理外，同等条件下还需在油包水液滴中分别加入图甲中等量的
____________。组1 起对照作用，目的是____________；组2 检测结果高于组3 的原因是
________________。
(3)卡尔文使用如图丙装置对光合作用过程中CO2转化为有机物的途径进行研究，在黑暗条件下，卡尔文向
藻类细胞提供了含有放射性的CO2，将仪器中相关物质彻底混合，然后打开一盏冷光灯，在每5s 的间隔时
间里，将一些细胞倒入热酒精中加以固定使反应停止。
卡尔文将固定后的藻类细胞制成匀浆，并进行双向纸层析产生色谱图（丁图中斑点是含有放射性的化合
物）。CO2转化为有机物的途径中首先形成的化合物是3-磷酸甘油酸，该化合物对应色谱图上字母_______
标示的斑点。
12．【育种应用情境·镁离子调控、干旱突变体水稻光合特性研究】（2026·安徽合肥·模拟预测）水稻是我
国重要的粮食作物，水和无机盐等因素对水稻生长能产生重要影响，科学家为探究其影响机制进行了一系
列实验。
I、为探究Mg2+对水稻光合作用的影响，科研人员分别模拟环境中Mg2+正常供给（+Mg2+）、缺乏（-
Mg2+）条件，测定了水稻光合作用中叶绿体中Mg2+的相对含量、最大CO2固定速率等指标。
II、水资源短缺限制水稻的生长发育，严重影响水稻的产量。科研人员利用激光照射水稻种子，获得了水
稻突变体。将野生型水稻和突变体水稻种植在同样干旱、温度相同且适宜的条件下，检测二者叶肉细胞的
各项指标，所得结果如图1、图2、图3 所示。回答下列问题：
(1)该实验中+Mg2+组为____________（填实验组或对照组）。
“
”
“
”
(2)根据测定结果表明，叶肉细胞叶绿体中的Mg2+相对含量和CO2固定速率都存在光照下高、黑暗下低的
“
”
节律性波动；进一步测定上述过程中酶R 的活性（RuBP 羧化酶，催化C5与CO2的反应），发现在Mg2+正
常供给（+Mg2+）时活性远高于缺乏（-Mg2+）条件，请你结合测定结果及已学知识，阐明Mg2+对水稻光合
作用影响的机理：_________；________。（答出两点）
(3)图1 中，当光照强度为100μmol·m-2·s-1时，野生型水稻植株的干重变化是_________（填增加或减
“
”
“
小），理由是
”
_________。
(4)根据图2、图3 分析，在干旱条件下，突变型叶肉细胞的光合作用速率_____（填大于或小于）野生
“
”
“
”
型叶肉细胞的光合作用速率，判断理由是________（答出两点）。
13．【机制新考法·C3 与CAM 植物光呼吸差异及逆境适应机制】（2026·河北雄安·三模）RuBP 在高CO2
含量环境下发生羧化反应，在高O2含量环境下发生加氧反应进行光呼吸。光呼吸是在光照下，Rubisco 催
化O2与RuBP 结合，经过一系列反应释放CO2的过程，光呼吸会消耗能量并降低光合效率，相关过程如图
所示。CAM 植物可在Rubisco 周围富集CO2，从而抑制光呼吸。为探究高温干旱条件下，不同碳代谢途径
植物光呼吸的变化及其与光合效率的关系，研究者以水稻（C3 植物）和景天（CAM 植物，夜间气孔开放，
白天气孔关闭）为材料，在适宜条件（28℃，正常供水）和高温干旱条件（38℃，停止供水7 天）下，分
别测定净光合速率（Pn）、光呼吸速率（Pr）以及光呼吸速率/净光合速率（Pr/Pn），结果如表所示。回
答下列问题：
植物类型
处理条件
Pn（μmol·m-2·s-1）
Pr（μmol·m-2·s-1）
Pr/Pn（%）
水稻
适宜
22.5
6.8
30.2
高温干旱
8.2
5.1
62.2
景天
适宜
3.2
0.3
9.4
高温干旱
2.5
0.4
16.0
(1)由图可知，细胞内光呼吸发生的场所有________。在适宜条件下，与CAM 植物相比，C3 植物光呼吸速
率较高的原因可能是________。
(2)水稻绿叶细胞捕获光能的色素中，含量最高的色素主要吸收的光是________。高温干旱条件下与适宜条
件下相比，景天Pn 下降幅度________（填大于或小于）水稻
“
”
“
”
Pn 下降幅度。结合CAM 植物的CO2固定
特点，推测在高温干旱条件下，其光呼吸速率反而上升的原因可能是________。
(3)分析表中水稻的数据，与适宜条件相比，高温干旱条件下水稻的Pn 显著下降，而光呼吸速率下降幅度
较小，这种变化对植物生存具有一定的积极意义，从能量利用的角度分析，其原因可能是________。
14．【转基因应用情境·C4 光合机制改造C3 水稻增产机理分析】（2026·山东济南·二模）C4植物在气孔部
分关闭时，仍能利用细胞间隙中低浓度的CO2维持光合作用。其机制是：先利用PPDK 酶催化丙酮酸生成
PEP，再利用PEPC 酶催化CO2与PEP 反应生成OAA，OAA 进一步反应后进入叶绿体基质生成丙酮酸并释
放CO2，CO2在RuBP 羧化酶的作用下与RuBP 反应被固定。水稻作为C3植物，无此机制。科研人员将
PPDK 酶基因和PEPC 酶基因导入原种水稻细胞得到了转双基因水稻，并测量在不同光照强度和不同温度
下的净光合速率（以CO2吸收速率表示），结果如下图所示：
(1)根据C4植物光合作用机制推测，PEPC 酶与RuBP 羧化酶相比，PEPC 酶对CO2的亲和力__________。在
C4植物中，PEPC 酶的作用场所是__________。
(2)据图1 分析，光照强度为1000Lux 时，转双基因水稻的光合速率为__________μmol·m-2·s-1。从光反应与
暗反应的影响因素角度解释，在0-400Lux 光照强度区间内，两曲线重合的原因是__________。
(3)据图2 分析，转双基因水稻净光合速率最大值高于两条曲线中其他各点对应的数值的原因是__________
（答出两点即可）。已知O2与CO2竞争性结合RuBP 羧化酶，夏季午后常出现高温强光天气，此时转双基
因水稻相对于原种水稻可能具有的增产优势是__________。
真题·实战演练
高频考点：光合速率与呼吸速率综合计算分析；光照、温度、光质等环境因素对光合速率的影响；
光呼吸机理与作物增产应用；光合作用相关探究实验与结果分析
1．（2025·全国卷·高考真题）在一定温度下，生长在大田的某种植物光合速率（CO2固定速率）和呼吸速
率（CO2释放速率）对光照强度的响应曲线如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．光照强度为a 时，该植物的干重不会增加
B．光照强度从a 逐渐增加到b 时，该植物生长速率逐渐增大
C．光照强度小于b 时，提高大田CO2浓度，CO2固定速率会增大
D．光照强度为b 时，适当降低光反应速率，CO2固定速率会降低
2．（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
3．（2025·甘肃·高考真题）波长为400~700nm 的光属于光合有效辐射（PAR），其中400~500nm 为蓝光
（B），600~700nm 为红光（R）。远红光（700~750nm，FR）通常不能用于植物光合作用，但可作为信号
调节植物的生长发育。研究者测定了某高大作物冠层中A（高）和B（低）两个位置的PAR、红光/远红光
比例（R/FR）和叶片指标（厚度、叶绿素含量、线粒体暗呼吸），并分析了施氮肥对以上指标的影响，结
果如下表。回答下列问题。
冠层位置
PAR
R/FR
叶片厚度
（μm）
叶绿素含量
（μg·g-1）
线粒体暗呼
吸
A
B
A（施氮
肥）
B（施氮
肥）
0.90
0.20
0.70
0.02
3.40
0.29
1.75
0.01
160
100
150
—
0.15
0.20
0.28
—
1.08
1.08
1.08
—
(1)植物叶片中__________可吸收红光用于光合作用，__________可吸收少量的红光和远红光作为光信号，
导致B 位置PAR 和R/FR 较A 位置低；__________虽不能吸收红光，但可吸收蓝光，也可使B 位置PAR 降
低。
(2)由表中数据可知，施氮肥__________（填提高或降低）了冠层叶片对太阳光的吸收，其可能的原因
“
”
“
”
是__________。
(3)光补偿点是指光合作用中吸收的CO2与呼吸作用中释放的CO2相等时的光照强度。研究者分析了冠层
A、B 处的叶片（未施氮肥）在不同光照强度下的净光合作用速率（下图），发现冠层__________位置的
叶片具有较高的光补偿点，由表中数据可知其主要原因是__________。
4．（2025·河南·高考真题）光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高
盐含量（盐胁迫）下某作物生长的影响，将作物分组处理一段时间后，结果如图所示（光补偿点指当总光
合速率等于呼吸速率时的光照强度）。
回答下列问题：
(1)光对植物生长发育的作用有______和______两个方面。
(2)上述实验需控制变量，为探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响，至少应选用上述
______组（填组别）进行对比分析，该实验中的无关变量有____________（答出2 点即可）。
(3)在光照强度达到光补偿点之前（CO2消耗量与光照强度视为正比关系），
组的总光合速率
④
______（填
始终大于
始终小于
先大于后等于或先小于后等于）
组的总光合速率，判断依据是
“
”“
”“
”
“
”
③
_______。
5．（2024·全国甲卷·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。
6．（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
是
①
______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______。
7．（2026·云南·高考真题）研究人员使用人工气候室探究温度对某品种水稻产量的影响，实验结果如下表。
温度/℃
28
34
38
光照下CO2吸收速率/（μmol·m-2·s-1）
22.52
23.41
24.15
黑暗下CO2释放速率/（μmol⋅m-2·s-1）
3.26
4.56
5.59
回答下列问题：
(1)水稻叶绿体中吸收光能的色素分布在________上。光能被吸收后转化为________储存在NADPH 和ATP
中参与暗反应。暗反应将CO2转化为储存能量的________，部分CO2来自细胞呼吸。细胞中产生CO2的场
所包括________。
(2)在实验设置的三个温度下，水稻固定CO2速率最高的是________℃，理由是________。
(3)某地持续高温（34~38℃）伴随干燥天气，此时，在大田生产中水稻的光合速率会降低，其原因是
________。
8．（2025·重庆·高考真题）科研人员以水稻秸秆为原料合成的一种新型纳米材料X，发现其能通过叶面或
根部吸收进入植物细胞。
(1)为分析X 对植物光能利用的影响，科研人员用添加X 的培养液培养水绵，再用通过三棱镜的光照射载
有需氧细菌和水绵的临时装片，观察并统计不同光质下需氧细菌数量，结果见下表。
光质处理
蓝光
绿光
黄光
橙光
红光
培养液（对照）
150
12
10
14
89
培养液+X
139
28
7
13
88
结果表明，X 能够促进水绵利用________光。在水绵细胞中，X 呈现出随机分布的特点，当X 分布在叶绿
体的________时，水绵光能利用效率最佳。
(2)为进一步探究X 对叶绿体功能的影响，开展了下列实验。
用离体叶绿体、
①
X 和Y（可与NADPH 发生反应的化合物）进行实验，在相同光照条件下，实时测定并
计算Y 的变化量。由图可知，X 能________（填促进或抑制）叶绿体合成
“
”
“
”
NADPH。为保证本实验的严
谨性，需增设1 个处理，即Y+经煮沸的叶绿体。该处理获得的结果最符合图中曲线的________（填甲或
“
”
乙或丙）。
“
”
“
”
将清水和
②
X 溶液分别处理后的植物叶片用打孔器打出叶圆片，抽气后，再置于1%的碳酸氢钠溶液中，
给予相同的光照，发现X 溶液处理的叶圆片先浮出叶面，其原因是________。
(3)研究还发现处理植物的X 浓度过高，会出现植物叶片气孔开放度下降的现象，推测与之相关的植物激素
及其含量变化是_________。
9．（2017·江苏·高考真题）科研人员对猕猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性进行了系列研究。图1 为光
合放氧测定装置示意图，图2 为不同光照条件下果肉随时间变化的光合放氧曲线。请回答下列问题：
(1)取果肉薄片放入含乙醇的试管，并加入适量________，以防止叶绿素降解。长时间浸泡在无水乙醇中的
绿色果肉薄片会变成白色，原因是_______。
(2)图1 中影响光合放氧速率的因素有______。氧电极可以检测反应液中氧气的浓度，测定前应排除反应液
中________的干扰。
(3)图1 在反应室中加入NaHCO3的主要作用是_______。若提高反应液中NaHCO3浓度， 果肉放氧速率的
变化是_____（填增大
减小
增大后稳定或稳定后减小）。
“
”“
”“
”
“
”
(4)图2 中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率，对15~20min 曲线的斜率几乎不变的合理解释是
______；若在20min 后停止光照，则短时间内叶绿体中含量减少的物质有________（填序号：①C5
②ATP ③[H] ④C3 ），可推测20~25min 曲线的斜率为________（填正值
负值或零）。
“
”“
”
“
”
10．（2025·天津·高考真题）为研究低氧条件下光合作用与呼吸作用的关系，采集某植物叶片，将叶柄浸
入
后，放于氧气置换为
的密闭装置中，
浓度设正常（21%）和低氧（2%）两个水平，测定
短时间内、不同光照条件下的净光合速率和呼吸作用速率。其中，净光合速率=光合作用速率-呼吸作用速
率。结果如下：
(1)光照条件下，密闭装置中
逐渐减少，而
逐渐增加，此时呼吸作用消耗的氧气来源于_____和
_____。设最初密闭装置中
的量为
，120 秒后测得
的量为
，
的量为
，叶片
面积为
，则净光合速率为_____
。
(2)低氧下，
光照强度下，叶片光合作用速率为_____
。
(3)低氧在_____（光照、黑暗、光照和黑暗）条件下构成呼吸作用的限制因素。
(4)在两种氧浓度下，将叶片置于光照（强度为
）、黑暗各1 小时后，测定叶片中的
糖含量。请推测低氧对叶片糖积累是否有利，并给出相应理由：_____。
