文档文本内容
第10 讲 光合作用（专项训练）
模拟·基础演练.......................................................................................................1
考点一 绿叶中色素的提取与分离............................................................................................1
考点二 叶绿体的结构适于光合作用........................................................................................2
考点三 探索光合作用原理的部分实验....................................................................................3
考点四 光合作用原理................................................................................................................4
考点五 探究环境因素对光合作用强度的影响..........................................................................5
综合提升........................................................................................................................................6
重难·创新演练.......................................................................................................8
真题·实战演练.......................................................................................................15
模拟·基础演练
考查重点：绿叶中色素的提取与分离、叶绿体的结构适于光合作用、探索光合作用原理的部分实验、
光合作用原理、探究环境因素对光合作用强度的影响
考点一 绿叶中色素的提取与分离
1．【绿叶中色素的提取和分离实验操作分析】（2026·安徽合肥·三模）关于绿叶中色素的提取和分离实
“
”
验，下列叙述正确的是（ ）
A．使用红色苋菜叶进行实验，滤纸条上会出现5 条颜色不同的色素带
B．提取色素时增大无水乙醇的使用量，滤纸条上的色素带颜色会加深
C．叶绿素a 在层析液中溶解度最低，随层析液在滤纸条上扩散的速度最慢
D．研磨新鲜菠菜叶片获得的提取液明显偏黄绿色，原因可能是未加碳酸钙
【答案】D
【分析】本题考查绿叶中色素的提取和分离实验，分析试剂作用、色素特性及实验异常现象。
【详解】A、使用红色苋菜叶进行实验，红苋菜里的甜菜红素不能溶解于层析液中，因此滤纸条上不会出
现5 条颜色不同的色素带，A 错误；
B、提取色素时增大无水乙醇的使用量，可能会降低色素的浓度，滤纸条上的色素带颜色会变浅，B 错误；
C、叶绿素b 在层析液中溶解度最低，随层析液在滤纸条上扩散的速度最慢，C 错误；
D、研磨新鲜菠菜叶片获得的提取液明显偏黄绿色，原因可能是未加碳酸钙，导致叶绿素被破坏，D 正确。
故选 D。
2．【光合色素吸收光谱与纸层析结果综合判断】（2026·湖北·二模）图甲是绿叶中色素的吸收光谱图，乙
是纸层析法分离绿叶中色素的结果。下列叙述错误的是（ ）
A．图甲中的
主要吸收蓝紫光
①
B．条带1 为黄色，条带2 为橙黄色
C．图甲中的
和
分别对应图乙中条带
②
③
4 和条带3
D．提取色素时，可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替无水乙醇
【答案】B
【分析】本题结合色素吸收光谱与纸层析结果，考查光合色素的种类、颜色、吸收光谱及提取试剂替代方
案。
【详解】A、图甲中
为类胡萝卜素的吸收光谱，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，
①
A 正确；
B、条带1 是扩散最快的胡萝卜素，颜色为橙黄色，条带2 是叶黄素，颜色为黄色，B 错误；
C、图甲中
、
存在蓝紫光和红光两个吸收峰，属于叶绿素，其中
为叶绿素
②
③
②
b，
为叶绿素
③
a；纸层析
结果中条带4 是最下方溶解度最低的叶绿素b，条带3 是叶绿素a，C 正确；
D、光合色素可溶于有机溶剂，若没有无水乙醇，可向体积分数为95%的乙醇中加入适量无水碳酸钠除去
水分，替代无水乙醇提取色素，D 正确。
故选 B。
3．【双向纸层析法分离光合色素实验分析】（2026·山东·模拟预测）有长寿菜之称的苋菜除了常作为蔬
“
”
菜的红苋菜、绿苋菜，还有其他品种因叶片颜色丰富，被作为观赏植物而广泛种植，某同学利用双向纸层
析法分离叶片中的色素，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程如图所示，1～5 代表不同色素，下列
有关叙述正确的是（ ）
易错分析：易混淆色素溶解度大小与扩散速度的关系，误将叶绿素 a 当成溶解度最低的色素；同时容
易忽略苋菜中甜菜红素为水溶性色素，无法被层析液分离。
A．层析时色素样点应浸没在层析液中
B．色素3 在叶片中主要吸收红光和蓝紫光
C．色素1 和色素5 均可以捕获并转化光能
D．与幼叶相比，老叶中色素1、2 的色素点变小
【答案】B
【分析】本题借助双向纸层析实验，区分光合色素与花青素，考查色素的功能、分布及叶片衰老对色素的
影响。
【详解】A、色素样点严禁浸入层析液，否则色素会直接溶解到层析液中，无法在滤纸条上分离，A 错误；
B、根据层析的结果，色素1、2、3、4 依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，叶绿素a 主要吸收
红光和蓝紫光，B 正确；
C、色素5 是水溶性的花青素，不属于光合色素，不能捕获并转化光能，C 错误；
D、老叶中叶绿素易分解，类胡萝卜素（胡萝卜素、叶黄素）相对稳定，所以老叶中色素3、4 变小，色素
1、2 变化不大，D 错误。
故选 B。
考点二 叶绿体的结构适于光合作用
4．【叶绿体结构与功能识图判断】（2026·北京房山·二模）下图为植物细胞部分结构电子显微镜下照片，
以下说法错误的是（ ）
A．在植物细胞中普遍存在
B．①富含光合色素和酶
C．与植物的能量转化有关
D．②中能够合成蛋白质
【答案】A
【分析】本题结合叶绿体显微结构图，考查叶绿体的分布、结构、功能及半自主性特点。
详解】A、叶绿体仅存在于植物可进行光合作用的细胞（如叶肉细胞、幼茎皮层细胞）中，植物的根细胞、
表皮细胞等不含叶绿体，并非在植物细胞中普遍存在，A 错误；
B、
是基粒，类囊体薄膜上分布有光合色素和与光反应有关的酶，是光反应的场所，
①
B 正确；
C、叶绿体是光合作用的场所，可将光能转化为有机物中的稳定化学能，与植物的能量转化有关，C 正确；
D、
是叶绿体基质，叶绿体属于半自主性细胞器，基质中含有核糖体，可以合成部分自身所需的蛋白质
②
，
D 正确。
故选 A。
5．【叶绿体内膜 ATP/ADP 转运蛋白功能新情境】（2023·河北唐山·二模）NTT 是叶绿体内膜上运输
ATP/ADP 的载体蛋白，负责将细胞质基质中的ATP 转运至叶绿体基质，同时将叶绿体基质中等量的 ADP
转出到细胞质基质，从而满足叶绿体中脂肪酸和氨基酸合成等依赖ATP 的代谢活动。下列有关叙述错误的
是（ ）
A．ATP 与ADP 比值变化会影响NTT 对ATP/ADP 的转运
B．ATP 中的A 代表腺嘌呤，其元素组成是C、H、O、N、P
C．NTT 缺失突变体可能导致类囊体的薄膜结构缺陷
D．NTT 每次转运ATP 和ADP 时，自身构象均会发生改变
【答案】B
【分析】ATP 与ADP 的相互转化
（1）ATP 合成：需要酶的催化，由动物的呼吸作用和植物的光合作用与呼吸作用提供能量。
（2）ATP 水解：需要酶的催化，连接末端磷酸基团的那个特殊化学键水解释放能量，释放的能量用于各
项生命活动。
（3）两者转化时，物质可逆，能量不可逆。
【详解】A、NTT 是叶绿体内膜上运输ATP/ADP 的载体蛋白，负责将细胞质基质中的ATP 转运至叶绿体
基质，同时将叶绿体基质中等量的 ADP 转出到细胞质基质，因此，ATP 与ADP 比值变化会影响NTT 对
ATP/ADP 的转运，A 正确；
B、ATP 中的A 代表腺嘌呤，其元素组成是C、H、O、N，不含P，B 错误；
C、NTT 缺失突变体叶绿体内膜上缺失ATP/ADP 的载体蛋白，会导致细胞质基质中的ATP 无法转运至叶
绿体基质，叶绿体基质中等量的 ADP 无法转出到细胞质基质，从而影响光反应中ATP 的合成，可能导致
类囊体的薄膜结构缺陷，C 正确；
D、NTT 作为叶绿体内膜上运输ATP/ADP 的载体蛋白，每次转运ATP 和ADP 时，载体蛋白会与相应的底
物结合，自身构象均会发生改变，D 正确。
故选B。
6．【叶绿体结构、成分与功能基础判断】（2025·陕西·三模）叶绿体是绿色植物细胞进行光合作用的场所。
下列叙述错误的是（ ）
A．叶绿体中含有多种色素，可以吸收太阳光中的光能
B．叶绿体基质中含有暗反应所需要的多种酶
C．叶绿体中的基粒增加了叶绿体中光反应的膜面积
D．叶绿体的内膜和外膜可用高倍光学显微镜观察
【答案】D
【分析】本题综合考查叶绿体的结构、功能，区分光学显微镜与电子显微镜的观察范围。
【详解】A、叶绿体中的类囊体膜上含有光合色素（如叶绿素和类胡萝卜素），能够吸收、传递和转化光
能，用于光反应，A 正确；
B、暗反应（卡尔文循环）在叶绿体基质中进行，基质中含有催化CO₂ 固定和C₃ 还原的酶，B 正确；
C、叶绿体的基粒由多个类囊体堆叠形成，扩大了光反应的膜面积，利于光能的高效利用，C 正确；
易错分析：易错点为 ATP 中 “A” 的含义及元素组成。ATP 中的 A 是腺苷（腺嘌呤 + 核糖），单
纯腺嘌呤元素组成为 C、H、N，不含 O、P。
D、叶绿体的内膜和外膜属于亚显微结构，需借助电子显微镜观察，高倍光学显微镜无法清晰分辨，D 错
误。
故选 D。
考点三 探索光合作用原理的部分实验
7．【希尔反应与除草剂抑制光合作用实验分析】（2026·江西·模拟预测）希尔反应的测定方法通常是在离
体叶绿体的悬浮液中加入DCIP（氧化剂）、蔗糖等，在光照下可以释放氧气，溶液中的DCIP 被还原，颜
色由蓝色变成无色。实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。用不同浓度的某除草
剂分别处理杂草品种甲和品种乙的离体叶绿体并进行希尔反应，实验结果如表。下列叙述正确的是
（ ）
除草剂相对浓度/%
0
5
10
15
20
25
30
品种甲放氧速率相对
值
5.0
3.7
2.2
1.0
0
0
0
品种乙放氧速率相对
值
5.0
4.4
3.7
3.0
2.2
1.6
1.0
A．蔗糖的作用是为反应提供能量并维持渗透压
B．希尔反应中的DCIP 相当于光反应中的NADPH
C．与品种乙相比，除草剂对品种甲叶绿体类囊体膜的抑制效果较强
D．实验中品种乙的反应蓝色随着除草剂浓度增加而变浅
【答案】C
【分析】本题依托希尔反应实验，探究除草剂对光反应的影响，分析实验试剂作用与实验结果。
【详解】A、蔗糖不能被叶绿体直接利用提供能量，其作用仅为维持悬浮液渗透压，避免叶绿体吸水涨破，
A 错误；
B、DCIP 是氧化剂，在反应中被还原，相当于光反应中的NADP+（氧化型辅酶
），
Ⅱ
NADPH 是光反应的
还原型产物，B 错误；
C、放氧过程发生在叶绿体类囊体膜上，相同除草剂浓度下，品种甲的放氧速率下降幅度远大于品种乙，
浓度为20%时甲放氧速率已降为0，乙仍维持较高放氧速率，说明除草剂对品种甲类囊体膜的抑制效果更
强，C 正确；
D、除草剂浓度越高，品种乙光反应受抑制程度越强，产生的还原当量越少，DCIP 被还原的量越少，溶液
蓝色越深，D 错误。
故选 C。
8．【光合作用经典探究实验史实辨析】（2026·福建龙岩·三模）下列关于光合作用探索的经典实验，下列
相关叙述正确的是（ ）
A．恩格尔曼用需氧细菌和水绵的系列实验，证明叶绿体主要吸收红光和蓝紫光
B．卡尔文用
14C 标记CO2，揭示CO2固定途径为CO2→C5→C3→（CH2O）
C．阿尔农用离体叶绿体在光照下检测到NADPH 生成，并总是与水光解相伴随
D．希尔将离体叶绿体置于无CO2的铁盐溶液中光照，证明光合作用O2全来自H2O
【答案】A
【分析】本题辨析光合作用经典探究实验，包括恩格尔曼、卡尔文、阿尔农、希尔等人的实验结论。
【详解】A、恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，观察到需氧细菌大量聚集在红光和蓝紫光照
射的叶绿体区域，说明该区域光合作用产氧更多，证明叶绿体主要吸收红光和蓝紫光，A 正确；
B、卡尔文用
14C 标记CO2探明的碳转移途径为CO2→C3→(CH2O)和C5，CO2首先与C5结合生成C3，碳不
会先进入C5再转移到C3，B 错误；
C、阿尔农的实验证明的是光照下离体叶绿体可合成ATP，且ATP 的合成与水的光解相伴随，NADPH 生
成的相关结论不是阿尔农通过该实验得出的，C 错误；
D、希尔实验仅证明离体叶绿体在无CO2的条件下光照即可释放氧气，证明光合作用O2全部来自H2O 的是
鲁宾和卡门的同位素标记实验，D 错误。
故选 A。
9．【卡尔文循环同位素标记实验原理分析】（2025·安徽蚌埠·一模）科学家卡尔文等用
14CO2供小球藻进
行光合作用，每隔一定的时间取样，用热乙醇杀死细胞并以纸层析技术分析细胞产物，根据具有放射性标
记的细胞产物出现的顺序探明了CO2中的碳转化为有机物中碳的过程。下列说法错误的是（ ）
A．该实验过程中标记CO2的方法称为放射性同位素标记法
B．该实验的自变量是取出的不同样本小球藻光合作用的时间
C．纸层析技术分离细胞产物的原理是不同细胞产物的分子量不同
D．光照时间较短时的细胞产物可能是光照时间较长时细胞产物的原料
【答案】C
【分析】科学家卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，通入
14C 标记的
14CO2，给予充足的光照，每隔一定
时间取样、分离、鉴定光合产物，根据放射性标记的细胞产物出现的顺序，最终探明了C 的转移路径为
14CO2→14C3→14C6H12O6，即探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
【详解】A、卡尔文用
14C 标记的
14CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪其放射性的方法称为同位素标记
法，A 正确；
B、卡尔文通过不断缩短光照时间，可确定被
14C 标记的化合物出现的先后顺序，因此该实验的自变量是取
出的不同样本小球藻光合作用的时间，B 正确；
C、纸层析技术分离细胞产物如利用纸层析技术分离绿叶中的色素，其原理是不同色素在层析液中的溶解
度不同，故随着层析液在滤纸上条上的扩散速度不同，因此纸层析技术分离细胞产物的原理是细胞产物在
层析溶液中的溶解度不同，而不是分子量不同，C 错误；
D、卡尔文通过不断缩短光照时间，可确定被
14C 标记的化合物出现的先后顺序，光照时间较短时的细胞产
物可能是光照时间较长时细胞产物的原料，D 正确。
解题技巧：梳理经典实验结论，精准区分：鲁宾和卡门证明氧气来自水；卡尔文探明碳转移路径；阿
尔农证明光照下叶绿体合成 ATP 伴随水的光解。
故选C。
考点四 光合作用原理
10．【叶绿体光反应电子传递系统综合分析】（2026·四川达州·二模）如图所示，叶绿体的光反应系统
PSⅠ、PSⅡ和电子传递体共同参与了光合作用电子传递过程；光照还通过铁氧还蛋白（Fd）调节卡尔文循
环。下列分析错误的是（ ）
A．富含光合色素的光反应系统PSⅠ、PSⅡ镶嵌在类囊体薄膜上
B．CF0-CF1通过主动运输实现H+的跨膜，其中CF0有很强的亲水性
C．上图为光反应过程，e‒最初来自水的光解，最终进入NADPH
D．光合作用过程中，光既提供能量又作为信号调节光合作用
【答案】B
【分析】本题结合光反应过程图解，考查光反应场所、物质跨膜运输、电子传递及光的信号调节作用。
【详解】A、光反应的场所是叶绿体类囊体薄膜，PSⅠ、PSⅡ是结合光合色素的光反应系统，镶嵌在类囊体
薄膜上，A 正确；
B、由图可知，H+顺浓度梯度经CF0-CF1跨膜，该过程不消耗能量，不属于主动运输，B 错误；
C、该图表示光反应过程，水光解产生电子e-，电子经传递体逐步传递后，最终用于NADP+结合H+生成
NADPH，因此e-最初来自水的光解，最终进入NADPH，C 正确；
D、光既为光反应提供能量，又根据题干信息，光照可通过铁氧还蛋白（Fd）调节卡尔文循环，说明光还
可作为信号调节光合作用，D 正确。
故选 B。
11．【光反应与暗反应 ATP、NADPH 供需平衡分析】（2026·广西柳州·三模）研究发现，某种植物光反
应过程中产生的ATP 和NADPH 的比例约是
，而暗反应消耗的ATP 和NADPH 的比例是
，显示其
消耗了更多的ATP。下列叙述错误的是（ ）
A．
分解产生的
是合成NADPH 的原料
B．叶绿体外的ATP 可能转移到叶绿体基质中
C．ATP 和NADPH 均为
的还原提供了能量
D．
被还原后的转化路径为：
糖类
【答案】D
【分析】本题根据光反应与暗反应 ATP、NADPH 的供需比例，分析叶绿体能量供应及暗反应物质转化路
径。
【详解】A、光反应阶段H2O 光解产生H+、电子和O2，H+可与NADP+、电子结合生成NADPH，因此
H+是合成NADPH 的原料，A 正确；
B、题干显示光反应产生的ATP 和NADPH 比例为8:6，暗反应消耗比例为9:6，暗反应所需ATP 更多，说
明额外的ATP 可能由叶绿体外转移到叶绿体基质参与反应，B 正确；
C、C3的还原过程中，ATP 直接提供能量，NADPH 既作为还原剂也可提供能量，二者均为C3的还原提供
能量，C 正确；
D、C3被还原后，一部分直接转化为糖类等有机物，另一部分重新生成C5，不存在C5再转化为糖类的路径，
D 错误。
故选 D。
12．【环境条件改变对暗反应 C3、C5 含量影响曲线分析】（2026·湖北黄石·二模）下图表示某植物叶片
暗反应中C3和C5化合物相对浓度的变化。在
阶段（适宜条件）甲、乙含量保持稳定，
阶段是改变某
Ⅰ
Ⅱ
种环境条件后，甲、乙含量的变化。下列叙述错误的是（ ）
A．图中物质甲代表C3化合物，物质乙代表C5化合物
B．
阶段改变的条件可能是降低了环境中的
Ⅱ
CO2浓度
C．
阶段乙上升是因为
Ⅱ
CO2的固定速率小于C5的合成速率
D．
阶段持续一段时间后，物质甲的浓度仍将比乙的浓度低
Ⅱ
【答案】D
【分析】本题结合暗反应中 C₃、C₅ 含量变化曲线，分析环境条件改变对卡尔文循环的影响。
【详解】A、根据暗反应中CO2固定反应式，1mol 的C5与1molCO2反应生成2molC3，则物质甲代表C3化
合物，物质乙代表C5化合物，A 正确；
B、
阶段
Ⅱ
C3（甲）减少、C5（乙）增加，符合降低CO2浓度的效应：CO2固定速率骤降，C5消耗减少而
积累，C3生成减少、继续被还原而下降，B 正确；
C、乙（C5）上升，是因为CO2固定速率（消耗C5）小于C3还原生成C5的速率，导致C5净积累，C 正确；
D、稳定时C3浓度约为C5的2 倍，即使
阶段后重新平衡，甲（
Ⅱ
C3）浓度仍会高于乙（C5），而非 物质
“
甲的浓度仍将比乙的浓度低，
”
D 错误。
故选 D。
13．【卡尔文循环三阶段过程辨析】（2023·山东·模拟预测）光合作用的碳反应（暗反应）是卡尔文应用
14C 示踪的方法发现的，也叫卡尔文循环，主要包括三个阶段：羧化（CO2固定），还原和RuBP（五碳化
合物）再生。下列相关叙述错误的是（ ）
A．羧化阶段参与固定CO2的是RuBP，产物是1 分子3-磷酸甘油酸
B．还原阶段需要消耗光反应阶段产生的ATP 和NADPH，并储存能量
C．再生阶段产生RuBP，能够保证卡尔文循环的持续进行
D．在还原阶段产生的一部分储能物质经过一系列反应生成（CH2O）
【答案】A
【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】A、在羧化阶段，RuBP 与CO2结合，1 分子RuBP（五碳化合物）能与1 分子的CO2结合生成2
分子三碳化合物，即3-磷酸甘油酸，A 错误；
B、还原阶段（C3的还原）需要消耗光反应阶段产生的ATP 和NADPH，并储存能量，B 正确；
C、RuBP（五碳化合物）再生可以保证RuBP 含量的相对稳定，以保证卡尔文循环（羧化-还原-再生）持
续稳定地进行，C 正确；
D、在还原阶段接受能量并被还原的C3有两种代谢途径：一部分在酶的作用下经过一系列的反应转化为
（CH2O），另一部分 被还原为五碳化合物，D 正确。
故选A。
考点五 探究环境因素对光合作用强度的影响
14．【光照强度对光合速率影响实验与净光合、总光合判断】（2026·河南南阳·模拟预测）为探究光照强
度对白菜叶片光合作用的影响，科研人员将生长状况相同的白菜叶片分为若干组，分别置于不同光照强度
下（其他条件适宜且一致），测定每组叶片的O2释放速率。下列叙述错误的是（ ）
A．若突然增大光照强度，短时间内叶绿体中C3的含量会减少
B．适当增大光照强度，CO2浓度不变时O2释放速率不一定增加
C．黑暗条件下，叶片只进行细胞呼吸，测得O2的释放速率为负值
D．测得的每组叶片O2释放速率可以代表白菜叶片的总光合速率
【答案】D
【分析】本题探究光照强度对光合作用的影响，区分净光合速率与总光合速率，分析光照突变对暗反应的
影响。
关键提示：暗反应稳定状态下，1 分子 C₅ 结合 CO₂ 生成 2 分子 C₃，因此正常细胞内 C₃ 含量始终
约为 C₅ 的 2 倍。
【详解】A、突然增大光照强度时，光反应产生的ATP 和NADPH 增加，C3的还原速率加快，但CO2固定
速率不变，导致C3积累减少，含量减少，A 正确；
B、若原光照强度已达到光饱和点，则增大光照强度，O2释放速率不会增加（暗反应成为限制因素），因
此增大光照强度，CO2浓度不变时，O2释放速率不一定会增大，B 正确；
C、黑暗条件下，叶片无法进行光反应，光合作用停止，此时只进行细胞呼吸消耗O2，导致O2释放速率为
负值，C 正确；
D、O2释放速率代表净光合速率，而总光合速率=净光合速率+呼吸速率。题干中直接测得的O2释放速率为
净光合速率而非总光合速率，D 错误。
故选 D。
15．【探究光照强度对光合作用强度的影响实验分析】（2026·山东青岛·三模）下列关于探究光照强度对
“
光合作用强度的影响实验的说法中，错误的是（ ）
”
A．可以用相同或不同功率的LED 灯调控光照强弱
B．可用质量分数为2%的NaHCO3为叶圆片的光合作用提供CO2
C．用化学传感器监测光照时O2浓度变化，可计算出实际光合作用速率
D．某时刻叶圆片的光合作用速率大于呼吸作用速率，该叶圆片可能不上浮
【答案】C
【分析】本题考查探究光照强度对光合强度影响的实验，包含实验器材、试剂、速率计算与叶圆片上浮原
理。
【详解】A、调控光照强度可通过改变光源功率或光源与实验材料的距离实现，用相同功率LED 灯调整距
离、或不同功率LED 灯相同距离均可调控光照强弱，A 正确；
B、质量分数为2%的NaHCO₃ 溶液可作为CO₂ 缓冲液，分解释放CO₂ 为叶圆片光合作用提供原料，B 正确；
C、光照时监测到的O₂ 浓度变化是净光合作用速率，实际光合作用速率=净光合作用速率+呼吸作用速率，
还需测定黑暗条件下的呼吸耗氧速率才能计算实际光合速率，C 错误；
D、叶圆片上浮需要光合作用产生的O₂ 在细胞间隙积累到足够量，使浮力大于重力，当光合速率刚大于呼
吸速率时，O₂ 积累量不足，叶圆片可能暂时不上浮，D 正确。
故选 C。
16．【光照、CO₂ 浓度对光合速率影响综合实验分析】（2026·陕西·三模）为探究光照强度和CO2浓度对
某植物光合速率的影响，科研人员在不同光照强度（高/低）和不同CO2浓度（高/低）组合条件下，测定
该植物叶片的净光合速率，结果如图所示。同时，为进一步探究限制因素，科研人员测定了高CO2浓度条
件下，高光照组和低光照组叶片的RuBP 羧化酶活性和气孔导度，结果如表格所示。
易错分析：极易混淆净光合速率与总光合速率。氧气释放量、CO₂ 吸收量代表净光合；总光合速率 =
净光合速率 + 呼吸速率。
测定指标
高光照组
低光照组
RuBP 羧化酶活性（
）
18.5
6.2
气孔导度（
）
215
208
下列相关叙述错误的是（ ）
A．若在低CO2浓度条件下测定两组的气孔导度，预计高光照组与低光照组的气孔导度差异将显著增
大
B．表中气孔导度数据显示两组差异很小，说明高CO2浓度下低光照组的光合速率限制因素不是气孔
因素
C．高CO2浓度条件下，低光照组光合速率显著低于高光照组，主要原因是RuBP 羧化酶活性较低
D．低CO2浓度条件下，限制光合速率的主要因素是CO2供应不足，此时增加光照强度对光合速率的
提升效果有限
【答案】A
【分析】本题结合曲线图与表格数据，分析光照、CO₂ 浓度对光合速率的影响，判断光合速率的限制因素。
【详解】A、分析图形，在低CO2浓度条件下，高光照和低光照净光合作用速率基本相同，所以如果在低
CO2浓度条件下测定两组的气孔导度，预计二者气孔导度基本相同，A 错误；
BC、高CO2浓度条件下，高光照组和低光照组气孔导度基本相同，但净光合作用速率差距较大，说明高
CO2浓度下低光照组的光合速率限制因素不是气孔因素，但RuBP 羧化酶活性差距较大，低光照组固定
CO2的能力较差，因此低光照组光合速率显著低于高光照组，主要原因是RuBP 羧化酶活性较低，BC 正确；
D、从图中看出，低CO2浓度条件下，限制光合速率的主要因素是CO2供应不足，高光照和低光照净光合
作用速率基本相同，所以此时增加光照强度对光合速率的提升效果有限，D 正确。
故选 A。
综合提升
17．【光反应过程、逆境对光合作用影响综合填空】（2026·陕西西安·模拟预测）光合作用分为光反应和
碳反应两个阶段。下图表示番茄叶绿体内发生的光反应过程（图中PSⅠ、PS Ⅱ分别表示光系统
、光系统
Ⅰ
）。请分析并回答下列问题：
Ⅱ
(1)光反应阶段，光系统
和光系统
吸收的光能转变为化学能，储存在化合物
Ⅰ
Ⅱ
________中。图中所示，H⁺
跨膜方式有__________和__________。
(2)PSⅡ是一种光合色素和蛋白质的复合体，M1 蛋白是PSⅡ的核心蛋白。研究发现，在高温强光（HH）条
件下，过剩的光能会损伤M1 蛋白，进而影响植物的光合作用。为研究HH 对番茄光合作用的影响，研究
人员进行了相关实验，结果如图所示。据图可知，HH 条件下，过剩光能产生的原因不是气孔因素引起的，
依据是_____________，而是由于_______________，使C3合成速率下降，导致光反应产物积累，使光能转
化效率降低造成光能过剩，对植物造成危害。
(3)研究发现，M1 蛋白周转和叶黄素循环是植物应对高温高光强条件的重要保护机制。研究人员利用长势
一致的番茄植株，随机均分为四组，并进行处理：A 组在适宜温度和光照强度下培养；B 组____________；
C 组在HH 条件下培养，并用叶黄素循环抑制剂（DTT）处理；D 组在HH 条件下培养，并用M1 蛋白周转
抑制剂（SM）处理。结果如图所示。据图分析，在HH 条件下，M1 蛋白周转比叶黄素循环对番茄植株的
保护作用__________________（选填强或弱）
“
”
“
”
【答案】(1) ATP 和 NADPH 主动运输 协助扩散
(2) 气孔开度降低，但胞间 CO₂ 浓度升高 RuBP 羧化酶活性下降
(3) 在 HH 条件下培养（并用清水处理） 强
【分析】本题结合光反应图解与实验探究，考查光反应的能量转化、物质跨膜运输，以及高温强光对光合
作用的影响和植物的保护机制。
【详解】（1）光反应中，光系统捕获的光能会转化为化学能，储存在ATP 和NADPH 中，这两种物质会
为后续的暗反应提供能量和还原剂。从图里能看到，H⁺顺着浓度梯度通过膜上的通道蛋白（ATP 合成酶）
从叶绿体类囊体腔进入叶绿体基质，不需要消耗能量，属于协助扩散。图中显示H⁺从叶绿体基质逆浓度梯
度进入类囊体腔，这个过程需要消耗能量，属于主动运输。
（2）为研究HH 对番茄光合作用的影响，实验的自变量是温度和光照强度，表中数据显示HH 组与对照组
相比，气孔导度下降，但胞间CO2浓度却上升，说明过剩光能产生的原因不是气孔因素引起的。从图3 中
可以看出，而是由于RuBP 羧化酶的活性降低，该酶可以催化CO2固定，所以C3的合成速率下降，导致光
反应产物积累，进而使光能转化效率降低而造成光能过剩，对植物造成危害。
（3）M1 蛋白周转和叶黄素循环是植物应对高温高光强条件的重要保护机制。研究人员利用番茄植株进行
了四组处理：A 组在适宜温度和光照强度下培养，由于B 组的光合效率比A 组（对照组）更低，但比C 组
与D 组都更高，故B 组的处理方式为：在HH 条件下培养，并用清水处理。据图可知，与对照比，SM 和
DTT 处理下番茄光合效率下降，且SM 处理组下降得更多，因此在HH 条件下，M1 蛋白周转比叶黄素循
环对番茄植株的保护作用更强。
重难·创新演练
设题创新：结合作物干旱胁迫、高光强逆境等植物生理逆境创设新情境考查光合调节 (T1/T8); 依托蓝细
菌、光合细菌等原核生物特殊光合代谢路径，跳出高等植物固有考点命题 (T2/T7); 对希尔反应、鲁宾和
卡门同位素实验等教材经典实验进行深度变式、拓展设问 (T5/T6); 以人工光呼吸旁路、仿生固碳系统等
现代农业生物技术为载体，结合生产应用创新考法 (T4/T9); 利用数据表格、生理流程图，强化光合速率
定量计算与代谢逻辑分析 (T3/T10); 依托光合海蛞蝓、小球藻光合产氢等新奇生物现象与绿色能源应用，
构建全新设问角度 (T11/T12)。
学科融合：生物与现代农业融合，围绕作物抗逆育种、光合效率改良考查光合作用原理应用 (T1/T4); 生
物与微生物学融合，探究光合细菌、蓝细菌特殊光合结构与代谢过程 (T2/T7/T9); 生物与科学史融合，
结合经典光合探究实验考查实验思路与结论分析 (T5/T6); 生物与新能源工程融合，以小球藻光合产氢为
载体，衔接绿色能源与细胞代谢 (T12); 生物与生态及资源利用融合，结合温室效应、人工固碳技术考查
碳循环与光合固碳 (T9); 生物与动物生理学交叉，以光合海蛞蝓特殊共生现象考查叶绿体功能 (T11)。
1．【新情境·外源褪黑素调控作物干旱胁迫下光合作用】（2026·福建福州·三模）为探究外源褪黑素
（MT）对玉米叶片光合作用的调控作用，研究人员设置对照（CK，正常供水）、干旱胁迫（DS，停止供
水8 天）和干旱胁迫＋100μmol/LMT（DS＋MT）三组，干旱处理8 天后复水4 天，测定不同时期叶片净
光合速率（Pn）和胞间CO₂ 浓度（Ci），结果如下表。根据表中信息并结合光合作用原理分析，下列叙述
正确的是（ ）
处理检测指标
干旱8 天
复水4 天
Pn（μ molCO2/m2·S）
CK：
25.6
DS：
10.2
DS＋MT：
18.4
CK：
26.1
DS：
14.5
DS＋MT：
24.3
Ci（μ molCO₂/mol）
CK：275
DS：358
DS＋MT：312
CK：270
DS：340
DS＋MT：288
A．干旱胁迫下，DS 组Pn 显著下降的主要原因是气孔导度降低，导致CO2吸收减少
B．复水后，DS＋MT 组Pn 恢复至接近CK 水平，而DS 组恢复缓慢，推测MT 能促进光合作用相关结
构的修复
C．与DS 组相比，DS＋MT 组在干旱条件下Pn 较高，说明MT 可完全消除干旱对光合作用的抑制
D．干旱胁迫下，DS 组Ci 升高，表明其Pn 下降是由于固定二氧化碳的酶活性下降所导致
【答案】B
【分析】本题结合褪黑素调控干旱胁迫下光合作用的实验数据，区分气孔限制与非气孔限制因素，分析褪
黑素的作用效果。
【详解】A、干旱胁迫下DS 组的Ci（358μmolCO2/mol）显著高于CK 组（275μmolCO2/mol），说明胞间
CO2充足，Pn 下降不是气孔导度降低、CO2吸收减少导致的，A 错误；
B、复水后DS+MT 组Pn 为24.3，接近CK 组的26.1，而DS 组仅为14.5，可推测MT 能促进光合作用相关
结构的修复，B 正确；
C、干旱8 天时DS+MT 组Pn 为18.4，仍明显低于CK 组的25.6，说明MT 只能缓解干旱对光合作用的抑制，
无法完全消除抑制作用，C 错误；
D、DS 组Ci 升高只能说明Pn 下降属于非气孔限制，原因不能确定：可能是固定CO2的酶活性下降，也可
能是光反应结构受损、ATP 和NADPH 供应不足等，D 错误。
故选 B。
2．【新考法·蓝细菌CO2 浓缩机制与酶竞争性抑制分析】（2026·四川·模拟预测）蓝细菌具有如图所示的
CO2浓缩机制， Rubisco 是光合作用过程中催化CO2固定的酶，其还能催化O2与C5结合形成C3和C2，
CO2与O2竞争性结合 Rubisco 酶的同一活性位点，下列叙述正确的是（ ）
A．CO2可通过主动运输方式通过光合片层膜
B．HCO3
-运进细胞内需要线粒体提供能量
C．蓝细菌固定 CO2时，羧化体内会产生大量 C2
D．Rubisco 抑制剂可降低C5与O2的结合，促进CO2固定
【答案】A
【分析】本题依托蓝细菌 CO₂ 浓缩机制，考查物质跨膜运输、原核细胞结构以及 Rubisco 酶的作用特点。
【详解】A、据图分析，CO₂ 通过光合片层膜需要能量，需要CO₂ 转运蛋白，属于主动运输，A 正确；
B、蓝细菌是原核生物，细胞内只有核糖体一种细胞器，B 错误；
C、该机制是蓝细菌的CO₂ 浓缩机制，羧化体内CO₂ 浓度远高于O₂，CO₂ 竞争结合Rubisco 活性位点占绝
对优势，Rubisco 极少催化O₂ 与C₅ 结合，不会产生大量C₂，C 错误；
D、Rubisco 是光合作用过程中催化CO2固定的酶，也能催化O2与C5结合，Rubisco 抑制剂可降低C5与O2
的结合，抑制CO2固定，D 错误。
故选 A。
3．【图像表格考法·多品种石斛光合特征定量分析】（2026·云南昆明·模拟预测）科研人员研究了3 种石
斛的光合特性，在石斛光合最适温度条件下测得相关指标如表所示。据表分析错误的是（ ）
种名
呼吸速率
（μmol·m-2s-1）
光合速率达最大值时所需的最小
光照强度（K/x）
最大净光合速率
（μmol·m-2s-1）
灯笼石斛
1.17
27.99
2.6
具槽石斛
0.72
27.18
3.3
球花石斛
0.45
34.29
3.7
A．灯笼石斛的最大总光合速率比球花石斛大
B．光照强度为34.29Klx 时，球花石斛叶肉细胞中ATP 由光合作用和呼吸作用产生
C．光照强度为27.18Klx 时，具槽石斛积累的有机物大于灯笼石斛
D．当光照强度大于27.99Klx 时，具槽石斛的光合速率有可能会下降
【答案】A
【分析】本题根据表格数据计算总光合速率，分析光照强度对不同石斛光合作用、有机物积累的影响。
【详解】A、总光合速率为呼吸速率与净光合速率之和，因此灯笼石斛的最大总光合速率比球花石斛小，
A 错误；
B、光照条件下，植物叶肉细胞中ATP 由光合作用和呼吸作用产生，B 正确；
C、有机物的积累量可以用净光合速率表示，因此光照强度为27.18Klx 时，具槽石斛积累的有机物大于灯
笼石斛，C 正确；
D、当光照强度过大时，植物因叶绿体被灼伤，其光合速率有可能会下降，D 正确。
故选 A。
4．【前沿应用情境·人工光呼吸旁路改良作物光合效率】（2026·湖北武汉·模拟预测）在高光照及高O2低
CO2的条件下，植物进行光呼吸造成水稻大量光合产物损失，科研人员通过导入GDH 酶与MS 酶的相关基
因构建人工光呼吸旁路，以减少碳损失、提高光合效率。下列相关叙述正确的是（ ）
注：实线为天然光呼吸和光合作用生理过程，虚线为人工光呼吸旁路。
A．干旱频发时，胞间CO2/O2比值升高，Rubisco 更易催化①过程，光呼吸增强
B．在该细胞中，卡尔文循环利用的CO2来自外界环境和人工光呼吸旁路代谢释放
C．导入GDH 酶与MS 酶基因后，乙醇酸进入人工光呼吸旁路，减少光呼吸过程中的碳损失
D．人工光呼吸旁路技术会降低水稻光合固碳效率，不利于我国实现碳达峰、碳中和目标
“
”
【答案】C
【分析】本题以人工光呼吸旁路为背景，分析光呼吸的发生条件、CO₂ 来源以及该技术对光合效率的影响。
【详解】A、干旱频发时植物气孔关闭，胞间CO2浓度下降，胞间CO2/O2比值降低，Rubisco 更易催化①过
程使光呼吸增强，A 错误；
B、卡尔文循环利用的CO2除来自外界环境、人工光呼吸旁路外，还来自天然光呼吸过程线粒体释放的
CO2以及细胞有氧呼吸释放的CO2，B 错误；
C、导入GDH 酶与MS 酶基因后，乙醇酸进入人工光呼吸旁路，直接在叶绿体中释放CO2供给卡尔文循环
利用，减少了天然光呼吸过程中的碳损失，C 正确；
D、人工光呼吸旁路技术减少了光合产物损失，提高了水稻光合固碳效率，可吸收更多大气CO2，有利于
实现碳达峰、碳中和目标，
“
”
D 错误。
故选 C。
5．【经典史实考法·希尔反应与阿尔农实验综合辨析】（2026·安徽合肥·三模）下列关于希尔反应和阿尔
农的发现，有关叙述错误的是（ ）
时间/发现者
内容
1937 年，希尔
在离体的叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有
CO2），在光照下可以释放出氧气
1954 年，阿尔农
在光照且无CO2的条件下，向叶绿体悬浮液中供给ADP、Pi 和NADP+，可
合成ATP 和NADPH，这一过程总是与水的光解相伴随
A．光合作用的需光过程为CO2转化为有机物提供ATP 和NADPH
B．希尔反应与CO2转化为有机物的过程不是同一化学反应过程
C．配制叶绿体悬浮液时，需加入一定量的蔗糖，主要目的是提供能量
D．希尔反应过程中涉及光反应的部分变化，无3-磷酸甘油酸的生成
【答案】C
【分析】本题辨析希尔反应与阿尔农实验，考查光反应、暗反应的联系以及叶绿体悬浮液的配制原理。
【详解】A、光合作用的需光过程为光反应，光反应产生的ATP 和NADPH 可用于暗反应中C3的还原，为
CO2转化为有机物提供能量和还原剂，A 正确；
B、希尔反应是离体叶绿体在无CO2条件下光照释放氧气的过程，属于光反应的部分过程，CO2转化为有
机物是暗反应过程，二者不是同一化学反应过程，B 正确；
C、配制叶绿体悬浮液时加入一定量蔗糖的主要目的是维持溶液渗透压，避免叶绿体吸水胀破，保持叶绿
体的正常结构，C 错误；
D、希尔反应模拟的是光反应的部分变化，反应体系中无CO2，暗反应的CO2固定过程无法进行，因此不
会生成3-磷酸甘油酸（C3），D 正确。
故选 C。
6．【经典实验变式·鲁宾和卡门同位素示踪实验深度探究】（2026·安徽合肥·模拟预测）鲁宾和卡门制备
了含有少量同位素
18O 的水和碳酸的盐类衍生物，其中碳酸的盐类衍生物分解能产生CO2。在适宜光照下，
他们给2 组小球藻提供含有不同比例
18O 的水（含有
18O 的水占所有水的比例）和含有不同比例
18O 的碳酸
的盐类衍生物（含有
18O 的碳酸的盐类衍生物占所有碳酸的盐类衍生物的比例），一段时间后检测光合产
物O2中
18O 的比例，具体过程和结果如表所示。下列相关说法正确的是（ ）
组
别
溶入的盐类
从溶解盐类
到开始收集
氧气的时
间/min
各阶段收
集氧气结
束的时
间/min
18O 标记物所占比例/%
H2
18O
KHC18O3+K2C18O3
18O2
1
KHCO3+K2CO3
0
45
0.85
0.20
0.85
45
110
0.85
0.41
0.84
110
225
0.85
0.55
0.85
2
KHCO3+K2CO3
0
45
0.20
0.60
0.20
45
110
0.20
0.50
0.20
110
225
0.20
0.40
0.20
A．本实验中第2 组为对照组，第1 组为实验组
B．小球藻光反应所消耗的水全部来自于实验中加入的水
C．
18O2比例不仅与
18O 的水所占比例有关，同时受到小球藻光合作用时长的影响
D．由O2中的
18O 的比例和水中
18O 的比例一致，可得出光合作用产生的
“
O2来源于水的结论
”
【答案】D
【分析】本题结合鲁宾和卡门同位素示踪实验，分析实验设计、物质来源以及实验结论的推导。
【详解】A、本实验的两组均为实验组，属于相互对照，没有设置单独的对照组，A 错误；
B、小球藻自身的细胞呼吸等代谢过程也会产生水，这些内源水也可以参与光反应，因此光反应消耗的水
并非全部来自实验中加入的水，B 错误；
C、由表格数据可知，同一组别不同收集时间段（即不同光合作用时长）下，
18O2的比例始终和该组H2
18O
的比例一致，说明
18O2比例不受光合作用时长影响，C 错误；
D、实验中无论提供CO2的碳酸盐的
18O 比例如何变化，释放的O2中
18O 的比例始终与水中
18O 的比例保持
一致，可得出光合作用产生的
“
O2来源于水的结论，
”
D 正确。
故选 D。
7．【新角度·光合细菌环式与非环式光合磷酸化辨析】（2026·山东日照·模拟预测）某些光合细菌的光合
作用存在环式光合磷酸化的过程，即在没有外源电子供体存在的情况下，光能驱动含叶绿素的反应中心激
发出电子，电子通过一系列复合物的传递再传回反应中心，释放能量合成ATP。但若存在H2、H2S 等外源
电子供体时，光合细菌则可以通过逆向电子传递进行非环式光合磷酸化过程，具体过程如图。下列叙述错
误的是（ ）
A．这类细菌进行光合作用可不产生氧气
B．没有外源电子供体时可以生成ATP 和[H]
C．H2S 做电子供体时电子最终用于还原NAD+
D．这类细菌不属于化能合成生物
【答案】B
【分析】本题介绍光合细菌两种光合磷酸化过程，对比光合细菌与化能自养生物的区别，分析电子传递与
物质生成。
【详解】A、光合细菌没有叶绿体，它的光合作用是依靠光合色素进行，且不会像绿色植物那样产生氧气，
A 正确；
B、根据题干信息，没有外源电子供体时，光能驱动叶绿素反应中心激发出电子，通过环式光合磷酸化释
放能量合成ATP，但这个过程没有提到会生成[H]（NADH+H⁺）B 错误；
C、从图中可以看到，以外源H₂S 为电子供体时，电子通过一系列传递最终用于还原NAD⁺生成
NADH+H⁺，C 正确；
D、这类细菌依靠光能进行光合作用合成有机物，属于光能自养生物，化能合成生物是利用化学能合成有
机物，所以它不属于化能合成生物，D 正确。
故选 B。
8．【逆境生理情境·高光强下绿藻光合系统保护机制分析】（2026·四川广安·二模）在高光强环境下，植
物光合系统吸收过剩光能会对光合系统造成损伤，引起光合作用强度下降。某绿藻在高光强下正常生长，
其部分光合过程如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．叶绿体中的类囊体堆叠成基粒，扩大了受光面积
B．将该绿藻放入含H2
18O 的培养液中，适宜条件培养，产生带
18O 标记的气体只有O2
C．用含
3H2O 的溶液培养该绿藻，线粒体基质中会出现带
标记的丙酮酸和[H]
D．途径①通过将O2还原为H2O2再分解为H2O 来消耗过剩的电子，减轻光合系统损伤
【答案】B
【分析】本题结合高光强下绿藻的光合保护机制，考查叶绿体结构、同位素示踪以及细胞代谢过程中物质
去向。
【详解】A、叶绿体中的类囊体堆叠成基粒，扩大了受光面积，同时也增加了光合色素的附着面积，A 正
确；
B、将该绿藻放入含H2
18O 的培养液中，适宜条件培养，产生带
18O 标记的气体有O2，此外，随着水分子参
与有氧呼吸的第二阶段，也会产生带有
18O 标记的CO2，B 错误；
C、用含
3H2O 的溶液培养该绿藻，其会参与有氧呼吸的第二阶段，产生还原氢，同时水还可参与光合作用
过程使
3H 进入到有机物中，通过有氧呼吸的第一阶段进入丙酮酸中，因而在线粒体基质中会出现带
标
记的丙酮酸和[H]，C 正确；
D、途径
通过将
①
O2还原为H2O2再分解为H2O 来消耗过剩的电子，减轻光合系统损伤，这是植物的自我保
护机制，D 正确。
故选 B。
9．【科技前沿情境·光驱动仿生固碳系统与光合细菌联用】（2026·山东青岛·二模）人工固碳技术是解决
温室效应与资源短缺的重要途径。某研究团队构建了一种模块化的光驱动仿生合成系统，并整合到沼泽红
假单胞菌Rp（一种光合细菌）内部，实现了CO2的高效固定，以及具有较高经济价值的番茄红素的大量合
成，其工作机制如图所示。
(1)番茄红素是一种重要的类胡萝卜素，其在层析液中的溶解度________________（填大于或小于）叶
“
”
“
”
绿素。该菌CO2固定过程发生在____________________（填场所）中，培养该菌时需向培养液中持续通入
3%的CO2，其目的是________________________________________________。
(2)研究发现，在该系统驱动下Rp 固定CO2的速率显著提升。据图分析，该系统可以提高Rp 内________
（填物质名称）的含量促进暗反应的进行。质子梯度模块上发生的能量转化为____________________，若
该模块停止工作一段时间后，Rp 中番茄红素的产量将____________________（填增加或减少）。
“
”
“
”
(3)TCA 和MEP 分别指细胞中的分解供能和物质合成的两条代谢途径。当细胞中能量充足时，该系统有利
于番茄红素的大量合成，结合本题信息分析，原因是
_______________________________________________。
【答案】(1) 大于 细胞质基质 提供光合作用原料
(2) NADPH、ATP 光能转化为电化学势能进而转化为化学能 减少
(3) 能量充足时TCA 途径减弱，丙酮酸更多的流向MEP 途径
【分析】本题以光驱动仿生固碳系统为情境，考查光合色素溶解度、原核生物光合作用场所、能量转化及
代谢途径调控。
【详解】（1）纸层析法分离色素的原理是：色素在层析液中溶解度越大，扩散速度越快。类胡萝卜素
（包括番茄红素）的扩散速度快于叶绿素，因此溶解度大于叶绿素。沼泽红假单胞菌是原核生物，无叶绿
体，其固定CO2的暗反应发生在细胞质基质中。持续通入CO2的目的是为暗反应提供充足原料，促进番茄
红素合成。
（2）据图可知，该人工系统在光驱动下生成更多的NADPH 和ATP，二者为暗反应提供还原剂和能量，可
促进暗反应进行。质子梯度模块依靠光能驱动ATP 合成，能量转化过程是光能转化为电化学势能进而转化
为ATP 中活跃的化学能。若该模块停止工作，ATP 合成受阻，暗反应速率下降，丙酮酸生成减少，因此番
茄红素产量减少。
（3）题干说明TCA 是分解供能途径、MEP 是合成番茄红素的途径；当细胞能量充足时，不需要丙酮酸大
量经TCA 分解供能，更多丙酮酸会流入MEP 途径用于合成番茄红素，因此番茄红素可以大量合成。
10．【代谢调控情境·马铃薯叶肉细胞光合产物分配调控】（2026·安徽滁州·模拟预测）下图为马铃薯植株
的叶肉细胞光合作用及光合产物分配、运输的局部示意图。磷酸丙糖是卡尔文循环的重要中间产物，其在
叶绿体与细胞质间的分配及后续转化受多种因素调控。回答下列问题：
(1)若在适宜的光照条件下，突然降低环境中CO2浓度，则短时间内叶肉细胞中叶绿体内NADPH/NADP+的
比值_________________（填上升、下降或不变）。
“
”
“
”
“
”
(2)研究发现，若磷酸丙糖过量运出叶绿体，会导致卡尔文循环速率下降，原因是
________________________。
(3)与白天相比，夜间叶肉细胞中叶绿体淀粉含量会______（填上升、下降或基本不变），判断依据
“
”
“
”
“
”
是___________________________________________________________________________________。
(4)马铃薯块茎细胞将蔗糖转化为淀粉储存，其意义是___________________________（答出1 点即可）。
(5)光照下磷酸丙糖运出叶绿体，转化为蔗糖并运输进入液泡储存，从对光合作用的影响角度分析，该过程
可____________________（填促进或抑制）卡尔文循环的进行。
“
”
“
”
【答案】(1) 上升
(2) 磷酸丙糖大量外运，导致叶绿体中用于再生C5的磷酸丙糖不足，卡尔文循环速率降低
(3) 下降 夜间无光照，光反应停止。卡尔文循环无法进行，磷酸丙糖转换为淀粉停滞，同时淀粉会
被分解为磷酸丙糖和葡萄糖运出叶绿体，故淀粉含量下降
(4) 提高能量的储存效率(有利于光合产物的大量积累；淀粉化学性质稳定，利于储存；避免蔗糖大量积
累使细胞渗透压过高，维持细胞渗透压稳定，答出1 点、其他说法合理即可)
(5) 促进
【分析】本题围绕马铃薯叶肉细胞光合产物分配，分析环境骤变对光合物质的影响、卡尔文循环调控及光
合产物运输的意义。
【详解】（1）突然降低CO2浓度后，CO2固定生成C3的速率减慢，C3还原消耗的NADPH 减少；适宜光
照下光反应仍持续生成NADPH，短时间内NADPH 含量上升、NADP⁺含量下降，因此该比值上升。
（2）卡尔文循环需要叶绿体内的磷酸丙糖再生C5才能维持循环进行，磷酸丙糖过量运出，导致叶绿体中
用于再生C5的磷酸丙糖不足，卡尔文循环速率降低。
（3）夜间无光照，光反应停止，不能为卡尔文循环提供ATP 和NADPH，导致卡尔文循环无法进行，磷酸
丙糖转换为淀粉停滞，同时淀粉会被分解为磷酸丙糖和葡萄糖运出叶绿体，故淀粉含量下降。
（4）淀粉化学性质较蔗糖稳定，更利于大量能量的储存（或便于储存能量，为后续块茎萌发提供物质能
量）；等质量淀粉的渗透压比蔗糖低，储存时对细胞渗透压影响更小，有利于维持细胞渗透压稳定。
（5）磷酸丙糖及时运出叶绿体、蔗糖储存进液泡，避免了光合产物积累，有利于卡尔文循环持续进行，
因此该过程促进卡尔文循环。
11．【新奇生物情境·光合海蛞蝓摄食叶绿体的共生光合机制】（2026·北京·三模）光合海蛞蝓在食用海洋
藻类后能够将部分叶绿体吸收和储存在特化的细胞中，身体呈现绿色半透明状。
(1)叶绿体内部有许多由类囊体堆叠而成的基粒，其膜上分布进行光合作用所需的____________________。
(2)为了研究被吸收叶绿体的功能，研究者将停止喂食三天的光合海蛞蝓放在含NaH13CO3的海水中，结果
显示光照下光合海蛞蝓分泌的黏液有机物中
13C 相对含量显著高于黑暗组。
①实验前光合海蛞蝓停止喂食处理的主要目的是____________________________________________。
②实验结果说明被吸收叶绿体能利用NaH13CO3产生的CO2进行光合作用，且____________________。
(3)研究者进一步研究了光合海蛞蝓对被吸收叶绿体功能的影响。
①研究者破碎海蛞蝓细胞后，通过________________________技术得到分离的叶绿体，进一步检测发现这
些叶绿体外包裹一层动物来源的膜结构，膜上发现两种关键蛋白：ATP 敏感的阳离子通道蛋白P2X4 和质
子泵VHA，分别能够向外转运钠钾等阳离子和向内转运氢离子。
②用相应试剂处理光合海蛞蝓检测水中氧气含量，结果如下图：
结果显示，P2X4 抑制剂处理能够使叶绿体的光合作用速率下降约________%，说明P2X4 促进了被吸收叶
绿体的光合作用。
③综合上述研究和相关信息，提出合理假设解释P2X4 促进被吸收叶绿体光合作用的机制________。
【答案】(1) 光合色素和与光反应有关的酶（或色素和酶）
(2) 防止肠道中残留藻类光合作用合成含
13C 有机物，被光合海蛞蝓吸收，进而影响粘液中
13C 含量
合成的有机物能被光合海蛞蝓利用
(3) 差速离心 28 P2X4 被ATP 激活，促进阳离子外流，进而促进VHA 向内转运氢离子，氢离子
与碳酸氢根反应，增加CO2供 应，促进叶绿体光合作用。
【分析】本题以光合海蛞蝓共生叶绿体为素材，考查细胞器分离方法、同位素标记实验分析、蛋白功能与
光合调控机制。
【详解】（1）叶绿体的类囊体薄膜是光合作用光反应的场所，膜上分布着捕获光能的光合色素，以及催
化光反应的酶，符合课本对叶绿体结构的描述。
（2）本实验通过¹³ C 标记追踪碳的去向，停止喂食可消耗海蛞蝓原本储存的未标记有机物，避免原有碳源
干扰实验结果；对比光照组和黑暗组的结果，可得出结论：该叶绿体的光合作用需要光照，且能利用CO₂
合成含标记碳的有机物。
（3）
分离破碎细胞中的叶绿体等细胞器，高中阶段所学的方法是差速离心法。
分析柱形图：对照
①
②
组光照下氧气释放相对速率约为1.4，黑暗中氧气吸收速率约为1.1，P2X4 抑制剂处理组光照下氧气释放速
率约为0.6，黑暗中氧气吸收速率约为1.2，计算得速率下降约[（1.4+1.1）−(0.6+1.2）
÷(1.4+1.1×100%=28%。
结合题干给出的两种蛋白功能推导：
③
P2X4 被ATP 激活，促进阳离子外流，进
而促进VHA 向内转运氢离子，氢离子与碳酸氢根反应，增加CO2供 应，促进叶绿体光合作用。
12．【绿色能源情境·小球藻光合产氢机理与应用探究】（2026·江苏南京·二模）小球藻光合产氢是一种绿
色环保的制氢方式，其机理如图1 所示。氢酶是其中的关键酶，遇氧易失活。研究表明，亚铁离子
（Fe2+）可诱导小球藻形成细胞聚集体，通过聚集体内部形成厌氧微环境实现持续产氢，如图2 所示。请
回答下列问题：
(1)图1 所示膜结构的基本支架是_____________________；NADPH 参与卡尔文循环中______________阶段。
(2)自然状态下小球藻产氢效率低，原因可能是：白天光照条件下，_____________；夜晚黑暗条件下，
_____________________________。Fe2+诱导小球藻聚集后，聚集体内部形成厌氧微环境的原因有
_________________________________________________。
(3)小球藻可用于处理氨氮废水。为研究处理氨氮废水后小球藻聚集体的产氢效果，研究人员用
____________的培养基模拟废水培养小球藻，然后添加Fe2+诱导其聚集产氢，测定培养基中剩余
含量、
小球藻叶绿素含量和产氢量，如图3 所示。分析曲线可知：与低浓度
处理相比，高浓度
条件下，
小球藻去除
效果和产氢量分别_________________________，产氢量变化的原因可能是
_____________________________________________________________________________________。
(4)以下措施可能提高小球藻光合产氢效果的有_____（填字母）。
a、延长光照时间提高小球藻光合效率 b、定点突变改造氢酶分子结构
c、基因工程构建小球藻耗氧酶体系 d、将小球藻和厌氧细菌共同培养
【答案】(1) 磷脂双分子层 C3的还原
(2) 水光解产生的氧气使氢酶失活 光反应无法进行，无大量H+和e-生成 Fe2+被氧化消耗氧气；
聚集体内部光照不足产氧量下降；细胞呼吸仍在进行
(3) 不同
浓度 更差、更低 叶绿素含量低
(4) bc
【分析】本题结合小球藻光合产氢实验，考查生物膜结构、光合作用过程、厌氧环境形成原因及实验结果
分析与应用。
【详解】（1）图1 为叶绿体类囊体薄膜，属于生物膜，生物膜的基本支架是磷脂双分子层，NADPH 在卡
尔文循环中作为还原剂，同时提供能量，参与卡尔文循环中C3的还原过程。
（2）氢酶遇氧易失活，白天光照下光反应水的光解产生O2，使氢酶失活。氢酶产氢依赖光反应产生的电
子、H⁺和ATP，黑暗条件下光反应无法进行，无大量H+和e-生成，产氢缺乏原料。聚集体内部细胞呼吸仍
在进行消耗O2；Fe²⁺被氧化为Fe(OH)₃ 的过程消耗O2；聚集体内部光照不足产氧量下降均会使内部形成厌
氧微环境。
（3）实验目的是研究不同浓度氨氮废水的影响，需用不同
浓度的培养基模拟废水培养小球藻。由图
分析可知，高浓度组剩余NH₄⁺更多，说明与低浓度
处理相比，高浓度
条件下，小球藻去除
效果更差、产氢量更低。高浓度NH₄⁺使小球藻叶绿素含量降低，光反应减弱，产生的ATP 和NADPH 减少，
氢酶产氢的原料不足，进而产氢量下降。
（4）a、延长光照时间可增加光反应总时长，光反应水的光解产生O2，使氢酶失活，不能提高产氢效果，
a 错误；
b、定点突变改造氢酶结构，可提高其耐氧性，避免被O₂ 失活，延长产氢时间、提高效率，b 正确；
c、构建耗氧酶体系可主动消耗细胞内O₂，降低局部氧浓度，保护氢酶活性，c 正确；
d、严格厌氧细菌无法进行有氧呼吸，不能消耗O₂，反而会被小球藻产生的O₂ 抑制生长，无法形成厌氧环
境，还可能竞争营养，d 错误。
真题·实战演练
高频考点：光合色素提取分离实验；光合作用过程与物质能量转化；影响光合作用的环境因素及探
究实验；光合代谢调节与综合应用
1．（2026·浙江·高考真题）为探究不同环境因素对光合作用的影响，某同学选择金鱼藻、冰块、NaHCO3
溶液、台灯、烧杯、氧传感器、米尺等材料和用具进行实验。下列叙述错误的是（ ）
A．可探究的环境因素有光照强度、温度、CO2浓度等
B．实验中可用单位时间的O2释放量表示光合速率
C．将室温下的实验装置移至冰水中，光合速率持续上升
D．可通过调节台灯与烧杯之间的距离来改变光照强度
【答案】C
【分析】本题以金鱼藻实验为背景，考查影响光合作用的环境因素、实验操作与光合速率检测。
【详解】A、实验材料中台灯（调节光照强度）、冰块（调节温度）、NaHCO₃ 溶液（提供CO₂），可探究
光照强度、温度、CO₂ 浓度等环境因素，A 正确；
B、氧传感器直接检测O₂ 释放量，单位时间内O₂ 释放量可反映净光合速率，B 正确；
C、冰水使温度骤降，酶活性降低，光反应和暗反应速率均下降，光合速率不会持续上升（实际下降），C
错误；
D、光照强度与光源距离呈反比，调节台灯与烧杯距离可改变光照强度，D 正确。
故选C。
2．（2025·山东·高考真题）绿叶中色素的提取和分离实验操作中要注意干燥，下列说法错误的是（
“
”
“
”
）
A．应使用干燥的定性滤纸
B．绿叶需烘干后再提取色素
C．重复画线前需等待滤液细线干燥
D．无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代
【答案】B
【分析】绿叶中色素的提取和分离实验，提取色素时需要加入无水乙醇或丙酮，目的是溶解色素；研磨后
进行过滤（用单层尼龙布过滤研磨液）；分离色素时采用纸层析法（用干燥处理过的定性滤纸条），原理
是色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同。
【详解】A、光合色素分离实验需要使用干燥的定性滤纸，水分会影响层析液在滤纸条上扩散从而影响色
素的分离，A 正确；
B、提取光合色素可以使用新鲜的绿叶，B 错误；
C、重复画线前需等待滤液细线干燥，否者会导致滤液细线变粗，最终导致分离的色素条带不清晰，C 正
确；
D、提取光合色素一般用无水乙醇，若没有无水乙醇，可以用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代，D 正
确。
故选B。
3．（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
【答案】C
【分析】由题干信息可知，强光下LHC 蛋白激酶的催化LHCⅡ与PSⅡ的分离，弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，
来改变对光能的捕获强度。
【详解】A、叶肉细胞内LHC 蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSIⅡ光复合体对光能的捕获
增强，A 正确；
B、Mg2+是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获
减弱 ，B 正确；
C、弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C 错误；
D、PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H+、电子和O2，D 正确。
故选C。
4．（不定项）（2025·山东·高考真题）在低氧条件下，某单细胞藻叶绿体基质中的蛋白F 可利用H+和光合
作用产生的NADPH 生成H2。为研究藻释放H2的培养条件，将大肠杆菌和藻按一定比例混合均匀后分成2
等份，1 份形成松散菌-藻体，另1 份形成致密菌-藻体，在CO2充足的封闭体系中分别培养并测定体系中的
气体含量，2 种菌-藻体培养体系中的O2含量变化相同，结果如图所示。培养过程中，任意时刻2 体系之间
的光反应速率无差异。下列说法错误的是（ ）
A．菌-藻体不能同时产生O2和H2
B．菌-藻体的致密程度可影响H2生成量
C．H2的产生场所是该藻叶绿体的类囊体薄膜
D．培养至72h，致密菌-藻体暗反应产生的有机物多于松散菌-藻体
【答案】ACD
【分析】光反应可以NADPH、氧气和ATP，NADPH 和ATP 可以用于暗反应中三碳酸的还原，光反应和
暗反应相互联系，互相影响。
【详解】A、单细胞藻光反应可以产生NADPH、氧气和ATP，蛋白F 可利用H+和光合作用产生的NADPH
生成H2，因此菌-藻体能同时产生O2和H2，A 错误；
B、对比松散菌-藻体和致密菌-藻体，相同时间产生的H2含量相对值不同，说明菌-藻体的致密程度可影响
H2生成量，B 正确；
C、某单细胞藻叶绿体基质中的蛋白F 可利用H+和光合作用产生的NADPH 生成H2，说明H2的产生场所是
该藻叶绿体的基质中，C 错误；
D、任意时刻2 体系之间的光反应速率无差异，说明光反应产生的NADPH 相同，致密菌-藻体产生的H2多，
说明消耗的NADPH 多，则用于暗反应的NADPH 少，因此培养至72h，致密菌-藻体暗反应产生的有机物
少于松散菌-藻体，D 错误。
故选ACD。
5．（2025·贵州·高考真题）牡丹绿色系品种豆绿开花初期花瓣绿色逐渐加深，中后期逐渐褪绿转为淡粉
“
”
色。叶绿素是影响该花呈色的主要色素，其合成与降解需多种酶参与。回答下列问题：
(1)开花初期花瓣绿色逐渐加深，影响这一过程的主要环境因素是______________，叶绿素分布在叶绿体的
______________上，开花初期叶绿素使花呈现绿色的原因是____________________________________。
(2)为研究不同时期花瓣中叶绿素含量变化，需在不同时间取样，并将样品低温保存，低温保存的目的
__________________。用于提取豆绿花瓣中叶绿素的试剂是
“
”
____________________。
(3)研究表明，PSNAC5 蛋白通过调控叶绿素代谢相关基因的表达影响叶绿素含量。下图所示为豆绿开花
“
”
初期PSNAC5 基因沉默对花瓣中叶绿素含量的影响。据图推测，PSNAC5 基因沉默后叶绿素含量变化的根
本原因可能是_______________________________________________________________________________。
（答出2 点）
【答案】(1) 温度和光照 类囊体薄膜 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，几乎不吸收绿光，绿光被
反射出来
(2) 低温条件下，酶活性低，叶绿素不易被降解 无水乙醇
(3) PSNAC5 基因沉默后促进了叶绿素合成相关基因的表达，抑制了与叶绿素分解相关基因的表达
【分析】叶绿体中的色素包括叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)、胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)。其
中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素主要吸收蓝紫光。在滤纸条上的分布从上到下依次为：胡萝卜
素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
【详解】（1）牡丹绿色系品种豆绿开花初期花瓣绿色逐渐加深，中后期逐渐褪绿转为淡粉色。叶绿素是
“
”
影响该花呈色的主要色素，其合成与降解需多种酶参与，酶活性受温度的影响，此外叶绿素还会在光下分
解，据此推测，开花初期花瓣绿色逐渐加深，影响这一过程的主要环境因素是温度和光照，叶绿素分布在
叶绿体的类囊体薄膜上，开花初期叶绿素使花呈现绿色的原因是叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光，
因此花瓣呈现绿色。
（2）为研究不同时期花瓣中叶绿素含量变化，需在不同时间取样，并将样品低温保存，这是因为低温条
件下，酶活性低，叶绿素不易被降解，因而便于叶绿素含量的检测。用于提取豆绿花瓣中叶绿素的试剂
“
”
是无水乙醇，这是根据叶绿素能溶解到有机溶剂中设计的。
（3）研究表明，PSNAC5 蛋白通过调控叶绿素代谢相关基因的表达影响叶绿素含量。题图所示为豆绿开
“
”
花初期PSNAC5 基因沉默对花瓣中叶绿素含量的影响。图中显示，PSNAC5 基因沉默后叶绿素含量比对照
组增多，据此推测，PSNAC5 基因沉默后叶绿素含量变化的根本原因可能是PSNAC5 基因沉默后促进了叶
绿素合成相关基因的表达，抑制了与叶绿素分解相关基因的表达。
6．（2025·江苏·高考真题）科研人员从植物叶绿体中分离类囊体，构建含类囊体的人工细胞，并探究光照
等因素对人工细胞功能的影响。请回答下列问题：
(1)细胞破碎后，在适宜温度下用低渗溶液处理，涨破__________膜，获得类囊体悬液。经离心分离获得类
囊体，为保持其活性，需加入________________溶液重新悬浮，并保存备用。
(2)类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示。吸取5μL 类囊体悬液溶于995μL 的__________
溶液中，混匀后，测定出叶绿素浓度为3μg/mL，则类囊体的浓度为______________μg/mL。
(3)为检测类囊体活性，实验前需对类囊体进行多次洗涤，目的是消除类囊体悬液中原有光反应产物对后续
实验结果的影响，这些产物主要有______________________。
(4)已知荧光素PY 的强弱与pH 大小正相关。图示具有光反应活性的人工细胞，在适宜光照下，荧光强度
______（填变强
不变或变弱），说明类囊体膜具有的功能有
“
”“
”
“
”
__________________________________。
(5)在光反应研究的基础上，利用人工细胞开展类似碳反应生成糖类的实验研究，理论上还需要的物质有
____________________________________________。
【答案】(1) 叶绿体 等渗
(2) 有机溶剂 600
(3) ATP、NADPH
(4) 变弱 使水分子分解产生H+；转运H+
(5) 各种酶和原料CO2、C5
【分析】光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，光反应的场所是在叶绿体的类囊体薄膜上，暗反应的场
所是叶绿体基质中。
【详解】（1）类囊体位于叶绿体内，故细胞破碎后，在适宜温度下用低渗溶液处理，涨破叶绿体内外膜，
获得类囊体悬液。经离心分离获得类囊体，为保持其活性，保持类囊体的渗透压，需加入等渗溶液重新悬
浮，并保存备用。
（2）类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示。由于叶绿素溶解在有机溶剂，故吸取5μL
类囊体悬液溶于995μL 的有机溶剂溶液中，稀释200 倍，混匀后，测定出叶绿素浓度为3μg/mL，
1ml=1000μL，则类囊体的浓度为600μg/mL。
（3）光反应产物有O2、NADPH 和ATP。
（4）已知荧光素PY 的强弱与pH 大小正相关。图示具有光反应活性的人工细胞，类囊体膜进行类囊体膜
上分布着光合色素（如叶绿素），在适宜光照下，这些色素能够捕捉光能并将其转化为化学能。在类囊体
膜上裂解水分子，产生氧气、质子（H⁺）和电子，其中氧气释放到胞外，质子被运出类囊体腔，pH 降低，
荧光强度变弱。
（5）要进行暗反应，需要各种酶和原料CO2、C5
7．（2025·山东·高考真题）高光强环境下，植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，引起光
合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长，其
部分光合过程如图所示。
(1)叶绿体膜的基本支架是_______________；叶绿体中含有许多由类囊体组成的___________________，扩
展了受光面积。
(2)据图分析，生成NADPH 所需的电子源自于_________________。采用同位素示踪法可追踪物质的去向，
用含3H2O 的溶液培养该绿藻一段时间后，以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，能进入线粒体基
质被3H 标记的物质有H2O、___________，离心收集绿藻并重新放入含H2
18O 的培养液中，在适宜光照条
件下继续培养，绿藻产生的带18O 标记的气体有_______________________。
(3)据图分析，通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为___________________。
【答案】(1) 磷脂双分子层 基粒
(2) 水的光解 丙酮酸、[H] 氧气（或O2）和二氧化碳（CO2）
(3) 途径①光能以电能耗散；途径②光能以热能耗散
【分析】光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生NADPH 与氧气，以及
ATP 的形成。光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供
的ATP 和NADPH 的作用下还原生成糖类等有机物。
【详解】（1）叶绿体膜属于生物膜的范畴，生物膜的基本支架是磷脂双分子层；叶绿体中含有许多由类
囊体组成的基粒，扩展了受光面积。
（2）据图分析，水在光下分解为O2和H+，同时产生的电子经传递，可用于NADP+与H+结合形成
NADPH，即生成NADPH 所需的电子源自于水的光解。
3H2O 被植物细胞吸收后参与光合作用，生成
C6
3H12O6。在有氧呼吸的第一阶段，C6
3H12O6在细胞质基质中被分解成含有
3H 的丙酮酸，产生少量的[3H]，
并释放少量的能量；在有氧呼吸的第二阶段，丙酮酸与
3H2O 在线粒体基质中被彻底分解生成CO2和[3H]，
释放少量的能量；在线粒体内膜上完成的有氧呼吸的第三阶段，[3H]与O2结合生成H2O，并释放大量的能
量。可见，用含
3H2O 的溶液培养该绿藻，一段时间后，能进入线粒体基质被
3H 标记的物质有H2O、丙酮
酸。培养液中H2
18O 被绿藻吸收后，在光合作用的光反应阶段被分解产生
18O2；在有氧呼吸的第二阶段，
H2
18O 与丙酮酸被彻底分解为C18O2和[H]，即产生的带
18O 标记的气体有O2和CO2。
（3）据图分析，途径
通过将过剩的电子传递给氧气，生成超氧化物（如
①
H2O2），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，从而防止活性氧对光合系统的损伤；途径
将叶绿体吸收的过
②
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，从而防止对光合系统的损伤。
8．（2025·四川·高考真题）在温室中种植番茄，光照强度和CO2浓度是制约产量的主要因素。某地冬季温
室的平均光照强度约为200μmol·m-2·s-1，CO2浓度约为400μmol·mol-1。为提高温室番茄产量，有人测定了
补充光照和CO2后番茄植株相关生理指标，结果见下表。回答下列问题。
组别
光
照
强
度
μmol·m-2·s-1
CO2
浓
度
μmol·mol-1
净
光
合
速
率
μmol·m-2·s-1
气
孔
导
度
mol·m-2·s-1
叶绿素含量
mg·g-1
对照
200
400
7.5
0.08
42.8
甲
400
400
14.0
0.15
59.1
乙
200
800
10.0
0.08
55.3
丙
400
800
17.5
0.13
65.0
注：气孔导度和气孔开放程度呈正相关
(1)为测定番茄叶片的叶绿素含量，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)与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的___________________，从而提高了净光合
速率。与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更
高，可能的原因是___________________________________________________________________。
(3)根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措
施来提高番茄产量，应选择_______________，依据是_____________________________________________。
【答案】(1) 无水乙醇/无水酒精/丙酮/C2H5OH 红光
(2) ATP（腺苷三磷酸/能量）和NADPH（还原性辅酶II） 环境/外界/温室/提供/补充的 CO2更多/甲
比丙的 CO2多/丙比甲的 CO2少
(3) 光照强度加倍/光强加倍 甲>乙（乙<甲）的光合作用速率（净光合作用速率/有机物生成量/有机
物积累量），光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大
【分析】实验的自变量为光照强度和CO2浓度，因变量包括叶绿素含量、气孔导度、净光合速率。影响光
合作用的因素包括内因和外因：内因：色素含量、酶数量等；外因：光照强度、二氧化碳浓度、温度、含
水量、矿质元素等。
【详解】（1）叶绿素可溶解在有机溶剂无水乙醇中，故为测定番茄叶片的叶绿素含量，可用无水乙醇/无
水酒精/丙酮/C2H5OH 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，光合作用中叶绿素主要
吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。为减少类胡萝卜素的干扰，应选择红光来测定叶绿素含
量。
（2）与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的ATP（腺苷三磷酸/能量）和NADPH
（还原性辅酶II），从而提高了净光合速率。甲组和丙组的光照强度相同，丙组的二氧化碳浓度是甲的二
倍，与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高，
可能的原因是环境/外界/温室/提供/补充的 CO2更多(丙比甲的CO2多/甲比丙的CO2少）。
（3）根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，甲>乙（乙<甲）的光合作用速率（净光合作用速
率/有机物生成量/有机物积累量），光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大，故若只能从CO2浓度加倍
或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量，应选择光照强度加倍/光强加倍。
9．（2022·重庆·高考真题）科学家发现，光能会被类囊体转化为某种能量形式，并用于驱动产生
“
”
ATP
（如图I）。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。
(1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是______________________；
为避免膜蛋白被降解，提取液应保持________（填低温或常温）。
“
”
“
”
(2)在图I 实验基础上进行图II 实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明某种能量
“
形式是类囊体膜内外的
”
H+浓度差，原因是__________________________________________________。
(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H+浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，
结果如图III 所示，悬液的pH 在光照处理时升高，原因是______________________________________。类
囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的，电子的最终来源物质是____________。
(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持
续生产，需稳定提供的物质有______________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增
产，可采取的有效措施有____________________________________________________________（答两点）。
【答案】(1) 保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂 低温
(2) 实验II 是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自膜内外氢离子浓
度差
(3) 类囊体膜外H+被转移到类囊体膜内，造成溶液pH 升高 水
(4) NADPH、ATP 和CO2 增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度
【分析】1、光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生[H]与氧气，以及ATP
的形成。
2、光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：二氧化碳被五碳化合物固定形成三碳化合物，三
碳化合物在光反应提供的ATP 和[H]的作用下还原生成糖类等有机物。
【详解】（1）制备类囊体时，其提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖，保持类囊体内外的渗透压，避免类
囊体破裂，以保证其结构完整。提取液应该保持低温降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。
（2）从图II 实验中可知，在光照条件下，将处于pH=4 的类囊体转移到pH=8 的锥形瓶中，再在遮光的条
件下加入ADP 和Pi，也产生了ATP，但该实验不能充分证明某种能量形式是类囊体膜内外的
“
”
H+浓度差，
因为实验II 是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自膜内外氢离子浓
度差。
（3）对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液的pH 在光照处理时升高，推测可能是类囊体膜
外H+被转移到类囊体膜内，造成溶液pH 升高。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运
形成的，光反应过程中，水的光解伴随着电子的传递，故电子的最终来源是水。
（4）人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物，若要在黑暗条件下持续生产，则需要提供光反应产生
的物质NADPH 和ATP，以及暗反应的原料CO2。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，说明
暗反应已经达到最大速率，增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度增加酶的活性，可有效提高光合效率。
10．（2025·江西·高考真题）辣椒的生长会受到低温弱光等逆境的影响。为比较不同辣椒品种的抗逆性，
研究人员将辣椒1 号和辣椒2 号幼苗在人工低温弱光条件下处理6 天后，转入正常光照的温室中培养4 天，
这期间定时检测辣椒叶片的气孔导度和总叶绿素含量等指标(如图)。
回答下列问题：
(1)在低温弱光处理的6 天内，辣椒1 号和辣椒2 号的光合速率变化趋势均为__________________________，
据图甲分析其原因是_______________________________________________________________________。
(2)检测发现，长时间的低温弱光处理对辣椒幼苗的叶绿体结构造成了损伤，结合图乙，推测第6 天时，辣
椒2 号的叶绿体比辣椒1 号的受损程度更高。为验证上述推测，研究人员以叶绿体的光反应功能为衡量指
标，利用试剂D 在捕获叶绿体光反应中生成的电子后，会从蓝色氧化态变为无色还原态这一原理开展实验。
完善下列实验过程：
①分别取___________叶片；
②分别制作等体积的___________悬浮液；
③向各悬浮液中分别滴加___________的D 溶液；
④将悬浮液置于适宜光照条件下反应一段时间；
⑤定量测定并计算各悬浮液中生成的还原态D 的含量。预测实验结果为
______________________________________________________________________________________。
(3)综合上述信息，初步判断辣椒___________号的抗逆性更强。
【答案】(1) 下降 叶片气孔导度下降，引起胞间CO2浓度下降，导致光合速率下降
(2) 等量的第0 天和处理后第6 天的辣椒1 号、辣椒2 号 离体叶绿体 足量且等量 同一辣椒
品种第0 天的样品生成的还原态D 比第6 天的多，且辣椒2 号的差异更大。
(3) 1
【分析】分析图甲可知，将辣椒1 号和辣椒2 号幼苗在人工低温弱光条件下处理6 天后，辣椒1 号的气孔
导度和总叶绿素含量均高于辣椒2 号，与辣椒1 号相比，辣椒2 号的叶片的气孔导度和总叶绿素含量等指
标下降幅度较大，说明辣椒2 号的抗逆性不如辣椒1 号。
【详解】（1）根据图示信息可知，在低温弱光处理的6 天内，辣椒1 号和辣椒2 号的叶片气孔导度均下降，
叶片气孔导度下降，引起胞间CO2浓度下降，导致光合速率下降。因此两者的光合速率变化趋势均为下降。
（2）根据题意信息可知，长时间的低温弱光处理对辣椒幼苗的叶绿体结构造成了损伤，结合图乙，推测
第6 天时，辣椒2 号的叶绿体比辣椒1 号的受损程度更高。现在想要利用试剂D 在捕获叶绿体光反应中生
成的电子后，会从蓝色氧化态变为无色还原态这一原理来检验辣椒2 号和辣椒1 号的叶绿体的光反应功能。
首先分别取等量的第0 天和处理后第6 天的辣椒1 号、辣椒2 号的叶片，制作对应的等体积的离体叶绿体
悬浮液；向各悬浮液中分别滴加足量且等量的试剂D 溶液，让其反应一段时间后，测定悬浮液中无色还原
态的试剂D 的含量，根据推测长时间的低温弱光处理对辣椒幼苗的叶绿体结构造成了损伤，且辣椒
“
2 号
的叶绿体比辣椒1 号的受损程度更高，预期实验结果应是：同一辣椒品种在第
”
0 天的样品生成的还原态D
比第6 天的多，且辣椒2 号的差异更大。
（3）根据小问（1）（2）可知，辣椒2 号的叶片气孔导度和总叶绿素含量下降幅度更大，且辣椒2 号的叶
绿体比辣椒1 号的受损程度更高，初步判断辣椒1 号的抗逆性更强。
11．（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：
______________________________________________________________________________________。
【答案】(1) 基质 ATP、NADPH
(2) 植株S 保卫细胞中G 酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生
成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加
快，碳反应速率加快
(3) 减小 小
(4) 实验思路：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 和构建了G 酶
表达量仅在保卫细胞中减少的植株T 为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度
下的净光合速率。
预期结果：植株T 净光合速率小于植株W，植株S 净光合速率大于植株W
【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）叶绿体中R 酶催化CO2固定，二氧化碳固定属于暗反应过程，暗反应发生在叶绿体基质中。
产物C3在光反应生成的ATP 和NADPH 的作用下合成糖类等有机物，其中ATP 可以提供能量，NADPH 作
为还原剂并提供能量。
（2）结合图示和题干信息分析，相同光照条件下植株S 保卫细胞中G 酶表达量提高，促进甘氨酸转化为
丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保
卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，碳反应速率加快，从而使得植株S 叶片的净光合速率高
于植株W。
（3）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，
保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，二氧化碳竞争R 酶的能力减弱，碳反应速率
减小，因此植株S 的净光合速率减小。相较于植株W，植株S 在相同条件下气孔开度相对较大，有利于二
氧化碳的吸收，因此植株S 的净光合速率变化幅度较小。
（4）为探究保卫细胞中G 酶对植物光合作用的影响，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，还需要补充的一个实验组是构建了G 酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株（假设
为T），实验思路是以野生型植株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 和构建了G
酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T 为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强
度下的净光合速率。根据上述分析，G 酶有利于光合作用的进行，因此预期结果是植株T 净光合速率小于
植株W，植株S 净光合速率大于植株W。
12．（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，分别用血球计数板计数，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
【分析】【关键能力】
（1）信息获取与加工
题干关键信息
所学知识
信息加工
蓝细菌的光合作用
光反应产生的ATP、NADPH 用于暗
反应，光合作用发生在叶绿体中
光合细菌是原核生物，没有
叶绿体结构，其光合作用在
相应结构完成
建立叶绿素a 含量
与蓝细菌密度关系
的数学模型
体积微小的生物可用显微镜直接计
数法计数；离心可分离不同密度的
物质或结构；色素可溶于无水乙
醇，可用无水乙醇提取色素；离体
的叶绿素见光会分解
要建立叶绿素a 含量与蓝细
菌密度的数学模型，则要测
定细胞数和叶绿素含量两套
数据
（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。
