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第11 讲 细胞代谢综合分析
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01 课标达标练
【题型一】光合作用与细胞呼吸的区别与联系
【题型二】“三率”的关系及测定
【题型三】光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析
02 能力突破练（新情境+新考法+新角度）
03 高考溯源练（含2025 高考真题）
题型一 光合作用与细胞呼吸的区别与联系
1.下列关于细胞内光合作用与呼吸作用的中间产物的叙述，错误的是（ ）
A.NADH、NADPH都必须在膜上产生
B.ATP、NADPH都参与光合作用的暗反应阶段
C.NADH和NADPH都是具有还原性的活性分子
D.植物细胞不一定都能产生ATP、NADH、NADPH三种物质
【答案】A
【解析】NADH可在有氧呼吸的第一阶段和第二阶段产生，场所分别是细胞质基质和线粒体基质，不是在
膜上，A错误。
2.如图表示光合作用和细胞呼吸之间的能量转变过程，下列说法错误的是( )
A．只有含叶绿素的细胞才能进行过程①和③
B．过程③④发生的场所分别为叶绿体基质和线粒体基质
C．过程①中光能转变为化学能储存在ATP 和NADPH 中
D．有氧呼吸过程中产生的NADH 主要来自第二阶段
【答案】B
【解析】过程①表示光反应中水的光解，过程③表示暗反应，则①和③是光合作用过程，光反应中需要色
素吸收、传递、转化光能，其中叶绿素是转化光能必不可少的色素，A 正确；过程③表示暗反应，发生在
叶绿体基质中，过程④包括有氧呼吸的第一、二阶段，第一阶段发生在细胞质基质中，第二阶段发生在线
粒体基质中，B 错误；过程①光反应中，光能转变成化学能储存在ATP 和NADPH 中，二者可被暗反应利
用，C 正确。
3.同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律，同位素标记法是探究光合作用和细胞呼吸过程时所用的
重要方法之一。下列相关叙述正确的是（ ）
A.利用H 2
18O探究光合作用的过程，可在释放的O2
中检测到放射性
B.利用H 2
18O探究光合作用和细胞呼吸的过程，生成的(CH 2O)中检测不到❑
18O
C.利用❑
14CO2
探究光合作用的过程，放射性可先后出现在C3
和(CH 2O)中
D.利用C6
3 H 12O6
探究有氧呼吸的过程，放射性最终出现在NADH中
【答案】C
【解析】利用H 2
18O探究光合作用的过程，可在释放的O2中检测到❑
18O，但❑
18O没有放射性，A错误；
利用H 2
18O探究光合作用和细胞呼吸的过程，H 2
18O经有氧呼吸第二阶段生成C
18O2，C
18O2参与光合作用
的暗反应，最终可在生成的(CH 2O)中检测到❑
18O，B错误；利用C6
3 H 12O6探究有氧呼吸的过程，
C6
3 H 12O6在有氧呼吸第一、二阶段生成NADH，NADH在第三阶段被利用，生成❑
3 H 2O，因此放射性
最终出现在H 2O中，D错误。
4.如图是某绿藻适应水生环境、提高光合效率的机制图。光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合
成。下列叙述错误的是（ ）
A.可为图中生命活动提供ATP的生理过程有细胞呼吸和光合作用
B.图中HCO3
−的浓度大小为细胞外> 细胞质基质> 叶绿体
C.物质X为氧气，通过提高有氧呼吸水平促进HCO3
−进入细胞质基质
D.在水光解产生H
+的作用下，可提高叶绿体内CO2水平，利于暗反应进行
【答案】B
【解析】HCO3
−从细胞外进入细胞质基质为主动运输，从细胞质基质进入叶绿体为主动运输，HCO3
−的浓
度大小为细胞外< 细胞质基质< 叶绿体，B错误；水光解产生的H
+与HCO3
−结合会产生CO2，可提高叶绿
体内CO2水平，CO2为暗反应原料，利于暗反应进行，D正确。
5.(2023·河北，19)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，叶绿体类囊体薄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________。
(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)
【解析】(1)由题干信息可知，拟南芥幼苗叶肉细胞的叶绿体仍在发育时，消耗的ATP 主要来自自身线粒
体。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为糖类等有机物中的化学能。
（3）由图可知，叶绿体成熟的非转基因叶肉细胞中H 基因表达量下降，细胞质基质ATP 浓度远高于叶绿体
基质；H 基因过量表达后，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。由此推测，H 基因过量表达后，细胞质基质中大量的ATP 转运至叶绿
体中被消耗，细胞需提高线粒体呼吸强度，以补充细胞质基质中的ATP。
(4)由题分析，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 基因的表达量下降，H 转运蛋白的数量减少，ATP 向叶绿体的流入被有效阻
止，故细胞质基质ATP 可保持正常生理水平，避免了线粒体呼吸作用的额外增强而过多消耗光合产物，保
证光合产物能被转运到其他细胞供能。
题型二 “三率”的关系及测定
6.某同学欲测定植物叶片的总光合速率，做如图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输
入和输出)，于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其质量，测得叶圆片的
总光合速率＝(7y－6z－x)/6(g·cm－2·h－1)。不考虑取叶圆片的机械损伤和温度微小变化对叶片生理活动的影
响，则M 处的实验条件是( )
A．下午4 时后在阳光下照射3 小时再遮光3 小时
B．下午4 时后将整个实验装置遮光3 小时
C．下午4 时后将整个实验装置遮光1 小时
D．下午4 时后在阳光下照射3 小时
【答案】C
【解析】上午10 时叶圆片干重为x 克，下午4 时叶圆片干重为y 克，这段时间内叶圆片既进行了光合作
用，又进行了细胞呼吸，因此(y－x)/6 (g·cm－2·h－1)可表示这段时间内叶圆片的净光合速率；已测得叶
圆片的总光合速率，因此叶圆片的呼吸速率可求得为(7y－6z－x)/6－(y－x)/6＝(y－z)(g·cm－2·h－1)，
因此M 处的实验条件是下午4 时后将整个实验装置遮光1 小时，C 符合题意。
7.“半叶法”测定光合速率时，将对称叶片的一部分(甲)遮光，另一部分(乙)不作处理，并设法阻止两部分
联系。光照6 小时，在甲、乙截取等面积的叶片，烘干称重，分别记为a、b，光照前截取同等面积的叶片
烘干称重的数据为m0，下列说法错误的是( )
A．若m0－a＝b－m0，则表明该实验条件下叶片的光合速率等于呼吸速率
B．本实验需阻止叶片光合产物向外运输，同时不影响水和无机盐的输送
C．忽略水和无机盐的影响，甲部分叶片可在给乙光照时剪下，进行等时长的暗处理
D．选择叶片时需注意叶龄、着生节位、叶片的对称性及受光条件的一致性
【答案】A
【解析】甲遮光处理，只进行细胞呼吸，故m0－a 代表细胞呼吸消耗量，乙不作处理，进行光合作用和细
胞呼吸，b－m0代表净光合作用积累量，若m0－a＝b－m0，即净光合速率等于呼吸速率，则表明该实验条件
下叶片的光合速率大于呼吸速率，A 错误。
8.利用气压瓶法研究光合作用和呼吸作用速率以及有氧呼吸和无氧呼吸方式判定，下列有关实验的过程与
方法叙述不正确的是（ ）
甲
乙
A.利用甲装置测绿色植物的呼吸速率，应将装置黑暗处理，红色液滴左移距离代表耗氧量
B.要进行绿色植物细胞呼吸方式的判定，除黑暗处理的甲装置外，另设一组NaOH溶液换为等量的清水
的对照装置，其余条件与甲装置相同
C.将乙装置照光后红色液滴右移距离代表氧气释放量，测出的是植物的总光合作用速率
D.测定呼吸速率和净光合速率时，如需消除物理误差，可通过设置放入死亡的植物的对照组来实现
【答案】C
【解析】将乙装置照光后红色液滴右移距离代表氧气释放量，测出的是植物的净光合作用速率，C错误。
9.在光照等条件下，番茄叶片叶肉细胞进行光合作用与有氧呼吸以及细胞内外交换的示意图如下（数字表
示结构，小写字母表示物质的移动情况），有关说法正确的是（ ）
A.图中线粒体中2 处释放的能量远远多于3 处
B.突然黑暗处理，叶绿体内C3含量短时间内将减少
C.物质A 进入线粒体后彻底分解不需要水的参与
D.h=c、d = g时的光照强度是满足番茄植株光合速率等于呼吸速率的光照强度
【答案】A
【解析】根据题图分析可知，2 代表线粒体内膜，发生有氧呼吸第三阶段的反应，而3 代表线粒体基质，
发生有氧呼吸第二阶段的反应，有氧呼吸第三阶段释放的能量比第二阶段多，A正确；突然黑暗处理，叶
绿体内C3含量短时间内将增多，B错误；根据题图分析可知，物质A是丙酮酸，其进入线粒体后彻底分解
需要水的参与，C错误；h=c、d = g时，净光合速率为零，但题图表示番茄叶片叶肉细胞，所以h=c、
d = g时只是叶肉细胞中的光合速率=呼吸速率，而整个番茄植株呼吸速率应该大于光合速率，D错误。
题型三 光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析
10.(不定项)如图表示夏季时某植物体在不同程度遮光条件下净光合速率的部分日变化曲线，据图分析有
关叙述错误的是( )
A.一天中30%的适当遮光均会显著增强净光合速率
B.AB 段大部分叶表皮细胞能产生ATP 的场所有细胞质基质和线粒体
C.M 时该植物体内叶肉细胞消耗的二氧化碳量等于该细胞呼吸产生的二氧化碳量
D.该植物C 点和D 点有机物含量相同
【答案】ACD
【解析】由题图可知，5：30 时，30%遮光条件下的净光合速率低于不遮光条件下的净光合速率，A 错误；
植物叶表皮细胞中通常不含叶绿体，故叶表皮表皮细胞产生ATP 的场所有细胞质基质和线粒体，B 正确；
M 时，植物体的光合速率等于呼吸速率，但只有叶肉细胞能进行光合作用，故叶肉细胞的光合作用消耗的
二氧化碳量大于其呼吸作用产生的二氧化碳量，C 错误；由题图可知，CD 段，植物一直在进行光合作用，
且净光合速率大于0，说明有机物一直在积累，故该植物D 点有机物含量多于C 点，D 错误。
11.某生物兴趣小组在实验室中模拟夏季一天中的光照强度，并测定苦菊幼苗光合速率的变化情况，结果
如图所示。下列叙述正确的是( )
A．若b 点时天气突然转阴，短时间内叶肉细胞叶绿体中C3含量降低
B．一天中不同时间的不同光照强度下，苦菊幼苗的光合速率可能相同
C．一天中不同时间的相同光照强度下，苦菊幼苗的光合速率一定不同
D．若a 点时叶片的净光合速率为0，则此状态下苦菊幼苗的干重保持不变
【答案】B
【解析】若b 点时天气突然转阴，则光反应速率下降，光反应为暗反应提供的ATP 和NADPH 减少，暗反应
中C3的还原速率下降、合成速率不变，短时间内叶肉细胞叶绿体中C3含量升高，A 错误；图中abc 中的b
点是上午某个时间点，deb 中的b 点是下午某个时间点，b 点是一天中不同时间的相同光照强度，此时苦菊
幼苗的光合速率相同，C 错误；若a 点时叶片的净光合速率为0，则此时叶片的真正光合速率等于呼吸速
率，而幼苗的根、茎等器官只进行细胞呼吸分解有机物，则此状态下苦菊幼苗的干重下降，D 错误。
12.科研人员检测晴朗天气下露天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．光照强度增大是导致ab 段、lm 段Pn 增加的主要原因
B．致使bc 段、mn 段Pn 下降的原因是气孔关闭
C．致使ef 段、op 段Pn 下降的原因是光照逐渐减弱
D．适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施
【答案】B
【解析】早晨太阳出来后光照强度不断增大，使得露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升，即光
照强度增大是导致ab 段、lm 段光合速率(Pn)增加的主要原因，A 正确；大棚栽培条件下的油桃在bc 段光合
速率(Pn)下降，主要原因是光合作用消耗了大量CO2，使大棚内密闭环境中CO2 浓度下降，而露天栽培的
油桃在mn 段光合速率(Pn)下降，是因为环境温度过高导致部分气孔关闭，植株吸收的CO2 减少，B 错误；
15 时以后，两种栽培条件下的光合速率(Pn)持续下降是光照强度逐渐减弱所致，即致使ef 段、op 段光合速
率(Pn)下降的原因是光照逐渐减弱，C 正确；适时浇水避免植物因缺水导致气孔关闭、增施农家肥增加CO2
浓度均是提高大田作物产量的重要措施，D 正确。
13.如图是某科研小组利用药用植物黄精进行光合作用和细胞呼吸研究实验过程中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 的呼吸曲线
(图中虚线)是在黑暗条件下测得；图2 的实验环境是恒温密闭玻璃温室中，测定指标是连续24 h 室内CO2
浓度和植物CO2吸收速率。据图分析，下列说法错误的是( )
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，总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6 h 和18 h 对应的曲线点有相同的净光合速率
【答案】B
【解析】据图1 分析，虚线表示呼吸速率随温度的变化情况，当温度达到55 ℃时，两条曲线重合，植物
不再进行光合作用，光合速率为0，只进行细胞呼吸，可能原因是与光合作用相关的酶失去活性，A 正
确，B 错误；结合图1 数据可知，该植物净光合速率最大时的温度约为30 ℃，因此，在进行图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，C 正确；图2 中，当光合速率等于呼吸速率
时，净光合速率为0，处于室内CO2浓度曲线的拐点，即6 h 和18 h，图1 中，光合速率等于呼吸速率时
的温度条件是40 ℃，D 正确。
14.（不定项）甲图表示在乙图n 点条件下测得的某阳生植物光合作用随光照强度的变化曲线（乙图中其他
环境条件均适宜）。下列说法正确的是（ ）
甲图
乙图
A.b点时叶肉细胞的光合速率等于细胞呼吸速率
B.根据两图数据可知，乙图所示的光合作用强度是总光合作用强度
C.根据乙图，植物所处环境条件由n变为m时，短时间内叶绿体中C5含量将降低
D.要使该植物在n点条件下正常生长（昼夜等长），则光照强度的设置范围应大于X
【答案】CD
【解析】b点是某阳生植物的光补偿点，此时植物的光合速率=呼吸速率，但由于植物体中有不能进行光合
作用的细胞，故叶肉细胞的光合作用速率> 细胞呼吸速率，A错误；净光合速率可表示为单位时间内CO2
的吸收量或O2的释放量，根据两图数据可知，乙图表示的是净光合作用强度，B错误；将植物所处环境由
n变成m，即增大了CO2的浓度，增加CO2浓度会使C5的消耗量增加，所以C5含量降低，C正确；由图可
知，该植物呼吸作用强度为2mg/(m
2⋅h)，若白天和黑夜的时间各为12h,则该植物光合作用时间为12 小
时，呼吸作用时间为24 小时，当白天植物的净光合速率超过2mg/(m
2⋅h)时，光合作用积累的有机物才
能弥补呼吸作用消耗的有机物，因此要使该植物正常生活，则光照强度应大于X，D正确。
15.某同学将一种高等植物幼苗分为4 组(a、b、c、d)，分别置于密闭装置中照光培养，a、
b、c、d 组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓
度，结果如图所示，其中M 为初始O2浓度，c、d 组O2浓度相同。回答下列问题。
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是
__________，原因是________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)光照t 时间时，a 组CO2浓度________(填“大于”“小于”或“等于”)b 组。
(3)若延长光照时间c、d 组O2浓度不再增加，则光照t 时间时a、b、c 中光合速率最大的是
________组，判断依据是__________________________________
__________________________________________________________________。
(4)光照t 时间后，将d 组密闭装置打开，并以c 组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会
________(填“升高”“降低”或“不变”)。
【答案】(1)红光和蓝紫光 光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，其中叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡
萝卜素主要吸收蓝紫光
（2）大于
(3)b 密闭装置中O2浓度不再增加时光合速率等于呼吸速率，仅b 组光合速率大于呼吸速率
(4)升高
【解析】 (1)光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收
蓝紫光。(2)b 组O2浓度高于a 组，说明光合作用大于呼吸作用，整体表现为吸收CO2，释放O2。因此，a 组
CO2 浓度大于b 组。(3)若延长光照时间c、d 组O2浓度不再增加，说明光照t 时间时，c、d 组的光合速率
等于呼吸速率；光照t 时间时，a 组的O2浓度与初始O2浓度相等，说明a 组的光合速率等于呼吸速率；而b
组的光合速率大于呼吸速率，故光照t 时间时，a、b、c 中光合速率最大的是b 组。(4)d 组O2浓度等于c
组是由于密闭容器中O2的限制，此时光合作用速率等于呼吸作用速率，打开容器之后，提供了更多的
CO2，此时即便以c 的光照强度仍然可以使得光合速率上升。
1．生物制氢有良好的发展前景，[H]在产氢酶的作用下可以产生H2，O2会降低产氢酶的催化活
性。下面是利用生物制氢的两种方法：①真核生物绿藻在光照条件下可以产生H2；②一些厌氧微生物在黑
暗环境下，能将多种有机物通过无氧呼吸产生各种有机酸，同时产生大量的H2。下列相关叙述正确的是（
）
A．绿藻在光照条件下产生[H]的场所只有叶绿体
B．在厌氧微生物产H2的过程中，无氧呼吸的产物不会影响产氢酶的活性
C．当绿藻细胞内的C3含量突然下降时，可能原因是突然停止光照或增大CO2的供应
D．利用厌氧微生物制氢可以避免氧气的干扰
【答案】D
【详解】光照条件下，绿藻光合作用与呼吸作用都可以产生[H]，所以此时[H]的场所有细胞质基质、线粒
体、叶绿体，A 错误；厌氧菌无氧呼吸产生有机酸，导致溶液pH 降低，影响产氢酶的活性，B 错误；突然
增大CO2的供应，CO2的固定加快，生成的C3会增多；突然停止光照，C3的还原减弱，C3的含量增多，C 错
误；厌氧微生物产H2的优点是不受光照条件限制、避免了氧气的干扰、产气量大，D 正确。
2.光照强度和光的颜色均影响光合作用速率，只用远红光、红光照射和两种光共同照射下光合
作用的相对速率如下图1 所示。研究发现这一现象与叶绿体的光系统Ⅰ和光系统Ⅱ有关，两系统均由色素
和蛋白质构成，如图2 所示。下列说法正确的是（ ）
注：P680 和P700 分别表示光系统Ⅱ和光系统Ⅰ反应中心叶绿素的最大吸收波长
A．光系统Ⅰ和光系统Ⅱ位于叶绿体内膜和类囊体膜上
B．c>a+b 的原因是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ之间的电子传递进一步加快了光反应速率
C．光系统Ⅱ产生的O2被相邻细胞利用需要跨过6 层膜
D．据图1 分析，塑料大棚的薄膜最好选择红色
【答案】B
【详解】光反应的场所是叶绿体的类囊体膜，因此光系统Ⅰ和光系统Ⅱ位于叶绿体类囊体膜上，A 错误；
图1 说明两种光共同照射下光合作用的相对速率大于只用远红光和只用红光照射的光合速率之和，这一现
象与叶绿体的光系统Ⅰ和光系统Ⅱ有关，因此原因可能是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ之间的电子传递进一步加快
了光反应速率，B 正确；光系统Ⅱ产生O2的过程发生在类囊体膜上，氧气的消耗在线粒体内膜上，氧气首
先跨过类囊体膜，再跨过叶绿体的两层膜，再跨过自身所在细胞的细胞膜，再进入相邻细胞的细胞膜，再
经过线粒体的两层膜，由此可判断出光系统Ⅱ产生的O2被相邻细胞利用至少需要跨过7 层膜，C 错误；若
塑料薄膜是红色，那么只有红光能被植物吸收利用，根据题干信息可知，远红光和红光共同照射光合作用
的相对速率会更大，D 错误。
3.为了研究某绿色植物的代谢情况，某同学将该植物置于密闭容器内（已知该容器内CO2和O2
的初始浓度相等，气体含量相对值为1）。在早上6：00 将该容器移至阳光下，日落后移到暗室中，测得
容器中两种气体的相对含量如图所示。下列对此过程的分析正确的是（ ）
A．10：00 到16：00，O2含量上升的原因是光合作用速率大于呼吸作用速率
B．17：00 时，该绿色植物有机物积累量最大，经历一昼夜该植物不能正常生长
C．8：00 时光合作用强度等于呼吸作用强度，此时叶肉细胞叶绿体消耗的CO2全部来自线粒体
D．20：00 后，该绿色植物进行有氧呼吸和无氧呼吸
【答案】ABD
【详解】10：00 到16：00，光合作用速率大于呼吸作用速率，O2产生量大于消耗量，O2含量上升，A 正
确；
17：00 光合作用与呼吸作用相等，此时植物体内有机物积累量最大，干重最大，经历一昼夜后，CO2含量
相比刚开始时增多，说明没有有机物积累，该植物不能正常生长，B 正确；8：00 该绿色植物的光合作用
强度等于呼吸作用强度，此时对于叶肉细胞而言，光合作用强度大于呼吸作用强度，因此叶绿体的CO2来
源是从外界环境吸收（或密闭容器内）和呼吸作用释放，C 错误；20：00 后O2的吸收量小于CO2的释放
量，说明该植物同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，D 正确。
4.将长势相同的黑藻均分为八等份，编为A、B 两组，每组四等份。将A 组分别放入装有400mL
自来水的4 只烧杯中，放入光照培养箱中，控制光照强度分别为0Lux、1 500 Lux、3 000 Lux、4 500 Lux。
将B 组分别放入装有400mL 自来水且溶解有NaHCO3浓度依次为0、0.1％、0.5％、2％的4 只烧杯中，放入
光照培养箱中，控制光照强度为1500Lux。用溶解氧传感器检测两组烧杯中黑藻的放氧情况（单位：
mg·L-1），每2min 采集一次数据，连续采集10min，实验结果如下图所示（忽略不同光照强度对水温的影
响）：
(1)黑藻叶肉细胞中的光合色素分布于叶绿体的类囊体薄膜上，光反应除了需要光合色素外，还需要的条件
有 ，光合色素可以吸收，传递，转换光能，并将转化的能量储存在 中。
(2)本实验中涉及的自变量有 。
(3)A 组实验中，光照强度为4500Lux 时，10min 内黑藻通过光合作用产生的氧气量大约为 mg（注：
曲线上的点对应纵轴上的数值为整数）；光照强度为4500Lux 时，8～10min 溶解氧量几乎没有发生变化，
原因是 。
(4)B 组实验中NaHCO3浓度为2％的烧杯，溶解氧量几乎未发生变化，此时叶肉细胞的净光合速率
（填“小于0”“等于0”或“大于0”）。该烧杯中溶解氧量变化与其他三只烧杯明显不同，测定其产氧量较
低，原因是 。
【答案】(1) 光照和酶 ATP、NADPH
(2)光照强度、NaHCO3浓度（或CO2浓度）、时间
(3) 2.4 随着植物光合作用的持续进行，自来水中CO2浓度降低，植物光合速率下降），光合速率
与呼吸速率大概相等，所以溶解氧量几乎不变
(4) 大于0 NaHCO3浓度较高，植物吸水困难（或植物失水较多），光合作用强度和呼吸作用强度
均减弱，且氧气产生量和消耗量相等
【详解】（1）光反应的条件是：光照、光合色素和酶；在光反应中，吸收的光能转化为ATP、NADPH 中的
化学能。
（2）不同功率的灯泡代表不同强度的光照，不同浓度的NaHCO3浓度代表不同浓度的CO2故本实验实际上
是探究光照强度和CO2对光合作用的影响，因此本实验中涉及的自变量有：光照强度、NaHCO3浓度以及横
坐标时间。
（3）光合作用产生氧气量表示总光合速率，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，无光照时黑藻只进行
呼吸作用，10 分钟内黑藻通过呼吸作用吸收了（4-2）mg/L×0.4L＝0.8mg 的氧气，光照强度为4500Lux 时，
10 分钟内氧气的释放量为（（8-4）mg/L×0..4L=1.6mg,故10 分钟内黑藻通过光合作用产生的氧气量大约为
0.8+1.6=2.4mg；光照强度为4500Lux 时，随植物光合作用进行，自来水中CO2浓度降低，植物光合速率下
降，与呼吸速率大概相等，溶解氧量几乎不发生变化。
（4）B 组实验2％NaHCO3组的烧杯溶解氧量几乎未发生变化，说明植物净光合速率为0，而植物细胞除了
进行光合作用的叶肉细胞外，还有一些只进行呼吸作用的细胞（如根尖分生区细胞），所以此时叶肉细胞
的净光合速率大于0。分析B 组实验结果可知，在一定范围内，随着二氧化碳浓度的增大，光合作用增
强，而2％NaHCO3浓度较高，使得外界溶液浓度较大，细胞吸水困难，水作为光合作用和呼吸作用的原
料，水的减少使得光合作用和细胞呼吸强度均减弱，并且强度相等，即光合作用氧气产生量和呼吸作用氧
气消耗量相等。
5.为探究城市夜间人工照明对植物光合作用等生命活动的调控作用，研究者以本地代表性杂草
甲和乙为实验对象，研究有夜间人工光照（NL）和无夜间人工光照（CK）两种条件对植物的光合作用相关
代谢参数的影响。
实验一：探究有无夜间人工光照对杂草甲和乙白天相关代谢参数的影响，结果如下表。
数据单位
物种
条件
最大净光合速率
光饱和点
光补偿点
µmol·m-2s-1
甲
CK
10.58*
1080.12
17.31
NL
12.31
1086.48
16.89
乙
CK
11.86
1454.35
38.65
NL
10.92*
1102.49*
20.30*
注：净光合速率是真正光合速率与呼吸速率的差值；光饱和点是指光合作用速率不再随光照强度增强而继
续升高时的最小光照强度值；光补偿点是指光合速率和呼吸速率达到平衡状态时的光照强度值。
实验二：探究有无夜间光照对杂草甲和乙夜间相关代谢参数的影响，结果如下图。
注：胞间CO2浓度是指细胞间隙中二氧化碳的含量；气孔导度表示气孔张开的程度。结合实验一和实验二
的实验结果，回答下列问题。
(1)该实验的自变量是 。杂草甲和乙在夜间微弱光照条件下仍可进行光合作用，这时光合作用消耗的
CO2来源于 （填场所）。
(2)由实验一结果可知，有无夜间人工光照对杂草甲和乙的光饱和点和光补偿点的影响是 。
(3)由实验二结果可知，有无夜间人工光照对杂草甲和乙的胞间CO2浓度和气孔导度的影响是 。根据图
中净光合速率的结果判断，NL 条件下杂草甲的真正光合速率 （填“大于”“小于”或“等于”）杂
草乙的真正光合速率，理由是 。
(4)近年来有研究发现，NL 条件下绿化植物丙（一种乔木）在夜间的净光合速率达到正值（已知丙与甲、乙
的呼吸作用强度差异不大），原因可能是 。
【答案】(1) 夜间有无人工光照和植物的种类 线粒体基质
(2)对于杂草甲，夜间有光照（NL）时，其光饱和点略有增加，光补偿点略有降低；而对于杂草乙，夜间有
光照时，其光饱和点和光补偿点均有所降低
(3) 对于杂草甲，夜间有光照时，其胞间CO2浓度降低，气孔导度也降低；而对于杂草乙，夜间有光照
时，其胞间CO2浓度略有增加，气孔导度则降低 大于 在实验一中NL 条件下杂草甲的净光合速率
大于杂草乙，实验二是探究有无夜间光照对杂草甲和乙夜间相关代谢参数，故无夜间人工光照（CK）表示
的值可代表两种植物的呼吸速率，而真正光合速率是净光合速率与呼吸速率之和
(4)植物丙在夜间能固定并利用大气中的CO2进行光合作用
【详解】（1）据题干信息和实验一、实验二分析状况可知，该实验的自变量是夜间有无人工光照和植物
的种类。根据光合作用的原理，我们知道光合作用在光照条件下可以进行，而夜间通常被认为是无光照
的，但在此实验中，通过人工光照改变了这一条件。对于杂草甲和乙在夜间微弱光照条件下仍可进行的光
合作用，其消耗的CO2主要来源于线粒体基质中的呼吸作用产生的CO2以及细胞质基质中通过其他途径（如
有机物的分解）产生的CO2。但考虑到夜间光合作用较弱，且主要利用呼吸作用产生的CO2，因此可以主要
说来源于线粒体基质。
（2）由实验一结果可知，有无夜间人工光照对杂草甲和乙的光饱和点和光补偿点有影响。相比无夜间人
工光照（CK），对于杂草甲，夜间有光照（NL）时，其光饱和点略有增加，光补偿点略有降低；而对于杂
草乙，夜间有光照时，其光饱和点和光补偿点均有所降低。这说明夜间光照对两种杂草的光合作用特性有
不同的影响。
（3）由实验二结果可知，有无夜间人工光照对杂草甲和乙的胞间CO2浓度和气孔导度也有影响。相比无夜
间人工光照（CK），对于杂草甲，夜间有光照时，其胞间CO2浓度降低，气孔导度也降低；而对于杂草
乙，夜间有光照时，其胞间CO2浓度略有增加，气孔导度则降低。这说明夜间光照对两种杂草的气体交换
和光合作用原料的供应有不同的影响。根据图中净光合速率的结果判断，实验一是探究有无夜间人工光照
对杂草甲和乙白天相关代谢参数，由表中的数据可获得两种植物的净光合速率，实验二是探究有无夜间光
照对杂草甲和乙夜间相关代谢参数，故无夜间人工光照（CK）表示的值可代表两种植物的呼吸速率，而真
正光合速率是净光合速率与呼吸速率之和，所以杂草甲的真正光合速率=12.31+0.6=12.91，杂草乙的真正光
合速率=10.92+0.8=11.72，即NL 条件下杂草甲的真正光合速率大于杂草乙的真正光合速率。
（4）近年来有研究发现，NL 条件下绿化植物丙（一种乔木）在夜间的净光合速率达到正值。已知丙与
甲、乙的呼吸作用强度差异不大，因此其夜间净光合速率为正值的原因可能是植物丙在夜间能固定并利用
大气中的CO2进行光合作用（如具有景天酸代谢途径的植物）。这种特殊的代谢途径使得植物丙能够在夜
间也进行光合作用并积累有机物。
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
【答案】C
【详解】光照强度为a 时，光合速率等于呼吸速率，即净光合速率为0。植物干重增加依赖净光合积累有
机物，净光合速率=光合速率-呼吸速率，此时净光合为0，干重不会增加，A 正确；光照强度从a 逐渐增加
到b 时，光合速率与呼吸速率差值逐渐增大。净光合速率越大，植物积累有机物越多，生长速率逐渐增大，
B 正确；光照强度小于b 时，光照强度未达饱和的阶段，在光照强度为主要限制因素时，提高大田CO2浓
度，CO2固定速率不会增大（因为光照不足，光反应提供的ATP 和NADPH 有限，限制暗反应）；只有当光
照强度饱和后，提高CO2浓度，CO2固定速率才会增大，C 错误；光照强度为b 时，光反应为暗反应提供
ATP 和NADPH。适当降低光反应速率，提供的ATP 和NADPH 减少，会使暗反应中CO2固定速率降低，D 正
确。
2.（2025·云南·高考真题）云南省是著名的鲜花产地，所产鲜花花色鲜艳与其独特的自然环境息息相关。花
青素苷是决定被子植物色彩呈现的主要色素物质，花冠中糖类或被紫外光激活的紫外光受体均可促进相关
基因表达，从而增加花青素苷的合成。下列说法错误的是（ ）
A．云南平均海拔高，紫外光强，能够促进花青素苷的合成
B．鲜切花中花青素苷会缓慢降解，在浸泡液中添加适量糖可延缓鲜花褪色
C．云南平均海拔高，昼夜温差大，有利于呈色
D．鲜花中花青素苷的含量，与紫外光受体基因表达水平呈负相关
【答案】D
【详解】云南海拔高紫外光强，紫外光激活的紫外光受体可促进相关基因表达，增加花青素苷合成，A 正
确；
鲜切花褪色与花青素苷降解相关，糖类可促进相关基因表达，增加花青素苷合成，从而延缓褪色，B 正确；
昼夜温差大时，白天高温促进光合作用积累糖类，夜间低温减少呼吸消耗，积累更多糖类，糖类可促进相
关基因表达，从而增加花青素苷的合成，花青素苷是决定被子植物色彩呈现的主要色素物质，所以昼夜温
差大，有利于呈色，C 正确；紫外光受体被激活后，可促进相关基因表达，增加花青素苷合成，所以紫外
光受体基因表达水平越高，花青素苷合成量应越多，两者应为正相关，D 错误。（
3.（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），④组的总光合速率 （填
“始终大于”“始终小于”“先大于后等于”或“先小于后等于”）③组的总光合速率，判断依据是
。
【答案】(1)为光合作用提供能量 作为一种信号调节植物生长发育
(2)①③④ 温度和二氧化碳浓度
(3)始终大于 ④组呼吸作用强于③组，但是两组光补偿点相同也就是呼吸速率等于总光合速率时的光
照强度相等，所以④组达到光补偿点之前的总光合速率也大于③组
【详解】（1）光可以为植物光合作用提供光能；同时光可以作为一种光信号调节植物生长发育，故光对
植物生长发育的作用有为光合作用提供能量和作为一种信号调节植物生长发育两个方面。
（2）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，至少应选用上述盐胁迫组（③）和
盐胁迫加光处理组（④）进行对比分析。①③比较可知盐胁迫对作物生长的影响，①③④比较可判断实验
光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响。实验中除了自变量和因变量，其余变量称为无关变量，
该实验中的无关变量有温度和二氧化碳浓度等。
（3）由于④组呼吸作用强于③组，但是两组光补偿点相同也就是呼吸速率等于总光合速率时的光照强度
相等，所以④组达到光补偿点之前的总光合速率始终大于③组。
4.（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 的培养液培养水棉，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。
①用离体叶绿体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”）。
②将清水和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 。
【答案】(1) 绿 类囊体/基粒
(2) 促进 丙 x 溶液处理叶圆片能提高光能利用率，促进光反应速率，产生氧气速率加快
(3)脱落酸含量增加
【详解】（1）分析表格数据可知，与对照组相比，添加X 的培养液中，绿光下需氧细菌数量增加最为明显。
由于需氧细菌会聚集在氧气释放多的部位，而氧气是光合作用光反应的产物，所以X 能够促进水绵利用绿
光。叶绿体中类囊体薄膜是光反应的场所，能吸收、传递和转化光能，当X 分布在叶绿体的类囊体（基
粒）时，能更好地促进光能的吸收和利用，使水绵光能利用效率最佳。
（2）由图可知，与没有添加X 的组相比，添加X 的组中Y 的变化量更大，说明X 能促进叶绿体合成
NADPH。经煮沸的叶绿体已经失去活性，不能进行光合作用，也就不能合成NADPH，Y 的量基本不变，所
以该处理获得的结果最符合图中曲线的丙。
将清水和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x 溶液处理叶圆片能提高光能利用率，促进
光反应速率，产生氧气速率加快。
（3）脱落酸能促进气孔关闭，当处理植物的X 浓度过高时，植物叶片气孔开放度下降，推测与之相关的植
物激素是脱落酸，且其含量增加。
5.（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
【答案】(1) 选择透过性 ATP、NADPH 和酶 细胞质基质
(2) 乙 30
℃
总光合速率=呼吸速率+净光合速率，三种温度条件下相比较，此时净光合速率
和呼吸速率均较大
(3) 摇匀 稀释样液离心，取下层沉淀物 提取叶绿素 防止叶绿素降解
（2）逻辑线梳理：
【详解】（1）类囊体膜允许某些物质通过，而限制另一些物质通过，这体现了类囊体膜具有选择透过性。
碳反应中，C3在ATP、NADPH 和酶的作用下，三碳化合物被还原为糖类等有机物，蓝细菌是原核生物，此
过程发生在蓝细菌的细胞质基质中。
（2）光合作用产生氧气，而呼吸作用消耗氧气。一般来说，光合作用在一定温度范围内随温度升高而增
强，产生的氧气增多；呼吸作用在一定温度范围内随温度升高而增强，消耗的氧气增多。但通常光合作用
产生氧气的量大于呼吸作用消耗氧气的量，这样 植物才能积累有机物，正常生长，所以图2 中蓝细菌光
合放氧的曲线是乙。总光合速率=呼吸速率+净光合速率，三种温度条件下相比较，30℃时净光合速率和呼
吸速率均较大，所以此时总光合速率较高。
（3）第一步：测定样液蓝细菌密度时，取样前需摇匀，以保证计数的准确性。
第二步：浓缩蓝细菌，将稀释样液离心，取下层沉淀物。
第三步：将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮，是为了提取叶绿素 。
第四步：用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管，避光存放，以防止叶绿素降解。
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 。
【答案】(1)CO2的固定
(2) 细胞质基质 线粒体基质
(3) 光呼吸 呼吸作用 随着光照增强，光呼吸增强，转基因株系1 和2 降低了光呼吸，净光合
速率比Wt 更高 不能 总光合速率=净光合速率+光呼吸速率+细胞呼吸速率，无法获得株系1 准
确的光呼吸、细胞呼吸产生 CO,的速率，不能计算株系1 的总光合速率
(4)与株系2 与WT 相比，转基因株系1 的净光合速率最大
【详解】（1）在光合作用的暗反应过程中，CO2在特定酶的作用下，与C5结合形成两个C3，这个过程称作
CO2的固定，故反应①是CO2的固定过程。
（2）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NADH，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和NADH，
合成少量ATP，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH 的场所是细胞质基质、线粒体基质。
（3）由图1 可知，在线粒体中进行光呼吸的过程中，也会产生二氧化碳，因此植物光合作用CO2的来源除
了有外界环境外，还可来自光呼吸、呼吸作用。净光合速率=总光合速率-呼吸速率-光呼吸速率，7—10 时，
随着光照强度的增加，光呼吸增强，与WT 相比，株系1、株系2 降低了光呼吸，净光合速率比Wt 更高。
总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率，随着CO2浓度增加，光合速率增加，光呼吸速率减弱，
图3 中有净光合速率，该参数已知。当CO2浓度为0 时，不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，此时净
光合速率是个负值，取正后相当于呼吸速率，图3 曲线虽然没有与纵轴相交，但稍微延长即可见其与纵轴
将交于-10 的点，因此呼吸速率也可以大致确定。但公式中的最后一项参数光呼吸速率随CO2的变化完全未
知，导致总光合速率无法计算。
（4）由图2、图3 可知，与株系2 与WT 相比，转基因株系1 的净光合速率最大，因此选择转基因株系1
进行种植，产量可能更具优势。
