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第13 课时 光合作用的原理
1．光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量
的有机物，并且释放出氧气的过程。
2．光合作用的反应式：CO2＋H2O――→(CH2O)＋O2。
3．光合作用的过程
项目
光反应
暗反应
过程模型
实质
光能转化为化学能，并放出O2
同化CO2形成有机物
与光的关系
必须在光下进行
不直接依赖光
场所
在叶绿体内的类囊体薄膜上进行
在叶绿体基质中进行
物质转化
①水的光解：H2O――→2H＋＋O2＋
2e－
②NADPH 的合成：NADP＋＋H＋
＋2e－――→NADPH
③ATP 的合成：ADP＋Pi＋能
量――→ATP
①CO2的固定：CO2＋C5――→2C3
②C3的还原：2C3―――――→C5＋
(CH2O)
③ATP 的水解：ATP――→ADP＋Pi
＋能量
④NADPH 的分解：
NADPH――→NADP＋＋H＋＋2e－
能量转化
光能→ATP
和
NADPH
中的化学
能
ATP 和NADPH 中的化学能→有机
物中的化学能
联系
①光反应为暗反应提供ATP 和NADPH
②暗反应为光反应提供ADP、Pi 和NADP＋
点拨 (1)叶绿体中光合色素吸收的光能，一方面用于H2O 的分解和NADPH 的合成；一方
面用于ATP 的合成。
(2)水分解为氧和H＋的同时，被叶绿素夺去两个电子，电子经传递可用于NADP＋与H＋结合
形成NADPH，NADPH 既可作还原剂，又可为暗反应提供能量。
4．化能合成作用与光合作用的对比
项目
光合作用
化能合成作用
条件
光、色素、酶
酶
原料
CO2和H2O 等无机物
产物
糖类等有机物
能量来源
光能
某些无机物氧化时释放的能量
生物种类
绿色植物、蓝细菌等
硝化细菌、硫细菌等
(1)植物细胞产生的O2只能来自光合作用(2021·山东，16)( × )
提示 光合作用通过H2O 的光解可以产生O2，另外，植物细胞中具有过氧化氢酶，可以催
化H2O2水解为H2O 和O2。
(2)高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADH 和ATP 减少(2023·湖北，11)( × )
提示 光反应中生成NADPH。
(3)在暗反应阶段，CO2不能直接被还原(2021·湖南，7)( √ )
(4)在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降(2021·湖南，7)( √ )
(5)光合作用的解析促进花期控制技术的成熟(2024·广东，4)( × )
提示 光合作用的解析主要是对植物的光合作用机制进行研究，而花期控制技术更多地涉及
植物激素、环境因素等方面的知识，光合作用的解析与花期控制技术的成熟关系不大。
光合作用原理的拓展
光合作用涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能
量转换、维持大气的碳—氧平衡具有重要意义，请结合以下信息深度认知光合作用相关原理。
1．如图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，其中PS Ⅰ和PS Ⅱ分别是光系统Ⅰ和光系
统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。其中PQ、
Cytb6f、PC 是传递电子的蛋白质，PQ 在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中，图中
实线为电子的传递过程，虚线为H＋的运输过程，ATP 合成酶由CF0和CF1两部分组成，则：
(1)根据以上情境素材中的信息，少数处于特殊状态的叶绿素分子在光能激发下失去高能e
－，失去e－的叶绿素分子，能够从水分子中夺取e－，使水分解为氧和
H ＋ ；电子(e－)由水释
放出来后，经过一系列的传递体形成电子流，最终传递给NADP
＋ (电子的最终受体)。PS Ⅰ
和PS Ⅱ 吸收的光能储存在NADPH
和
ATP
中。
(2)据图分析，使类囊体膜两侧H＋浓度差增加的过程有水的光解产生
H ＋ ；
PQ
运输
H ＋ ；合
成
NADPH
消耗
H ＋ 。
(3)由图可知，图中ATP 合成酶的作用有运输
H ＋ 和催化
ATP
的合成
。合成ATP 依赖于类囊
体膜两侧的
H ＋ 浓度差
形成的电化学势能。
2．如图1 为番茄叶肉细胞进行光合作用的过程及磷酸丙糖的转化和运输情况。
(1)磷酸丙糖转运器能够协同进行磷酸的运入和磷酸丙糖的运出，这种转运严格遵循比例为
1∶1 的反向转运原则，即每运入1 分子磷酸，就会有1 分子磷酸丙糖被运出叶绿体。因此，
磷酸丙糖的运出与否取决于细胞质基质和叶绿体中Pi 的浓度，细胞质基质Pi 浓度高，促进
磷酸丙糖的输出，利于蔗糖的合成，细胞质基质Pi 浓度低，磷酸丙糖滞留在叶绿体，利于
淀粉的合成。
(2)和葡萄糖、淀粉相比，蔗糖具有高稳定性和高水溶性的特点，成了光合产物长距离运输
的主要形式。蔗糖分子从叶肉细胞进入到叶脉维管束后，经筛管运输至其他部位或利用或贮
存。
3.如图2 中T0～T1表示的是适宜条件下生长的番茄叶绿体中某两种化合物(NADPH、ADP、
C3或C5)的含量，T1～T3则表示改变其生长条件后两种化合物的含量变化。若T1时刻降低了
培养液中NaHCO3的浓度，则物质甲、乙分别指的是C5、
NADPH
。若T1时刻降低了光照强
度，则物质甲、乙分别指的是ADP
、
C 3。
归纳总结 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)“过程法”分析各物质变化
如图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突
然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
(2)“模型法”表示C3和C5等物质含量变化
考向一 光合作用的原理
1．(2023·湖北，8)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PS Ⅰ和PS Ⅱ光复合体，PS Ⅱ
光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。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。下列叙述错误的是( )
A．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
B．Mg2＋含量减少会导致PS Ⅱ光复合体对光能的捕获减弱
C．弱光下LHC Ⅱ与PS Ⅱ结合，不利于对光能的捕获
D．PS Ⅱ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
答案 C
解析 叶肉细胞内LHC 蛋白激酶活性下降，LHC Ⅱ与PS Ⅱ分离减少，PS Ⅱ光复合体对
光能的捕获增强，A 正确；Mg2＋是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PS Ⅱ光复合体
上的叶绿素含量减少，对光能的捕获减弱，B 正确；弱光下LHC Ⅱ与PS Ⅱ结合，增强对
光能的捕获，C 错误；PS Ⅱ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。
2．(2022·重庆，23)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光能还是来自膜内外H＋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CO2浓度
和适当提高环境温度
考向二 光合作用中光反应和暗反应的关系
3．(2023·天津，9)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．物质X 通过提高有氧呼吸水平促进HCO 进入细胞质基质
B．HCO 利用通道蛋白从细胞质基质进入叶绿体基质
C．水光解产生的H＋提高类囊体腔CO2水平，促进CO2进入叶绿体基质
D．光反应通过确保暗反应的CO2的供应帮助该绿藻适应水环境
答案 B
解析 HCO 进入叶绿体基质需要线粒体产生的ATP 供能，属于主动运输，通道蛋白只能参
与协助扩散，B 错误。
4．(2025·遂宁一模)如图是生物兴趣小组绘制的桑叶光合作用过程的示意图，其中Ⅰ、Ⅱ表
示光合作用过程的两个阶段，①～④表示物质。下列叙述正确的是( )
A．Ⅰ只在有光照下进行，Ⅱ有无光照都能持续进行
B．①、②均可参与Ⅱ过程，②、ATP 均可为④的合成提供能量
C．与光合作用有关的色素、酶分别位于类囊体薄膜、基质中
D．适宜光照条件下突然提高③的浓度，短时间内叶绿体中C5/C3的比值会降低
答案 D
解析 图中的Ⅰ、Ⅱ分别表示光反应和暗反应，没有光照则光反应不能进行，虽然暗反应不
直接依赖光，但暗反应需要光反应提供物质NADPH 和ATP，如果光反应不能进行，则暗反
应也不能持续进行，A 错误；①是水光解的产物，包括氧气等，氧气不参与Ⅱ暗反应过程，
②是NADPH，与ATP 均可为④的合成提供能量，B 错误；叶绿体的类囊体薄膜和基质中均
含有与光合作用有关的酶，C 错误；③是CO2，适宜光照条件下突然提高CO2的浓度，短时
间内C3的产生速率加快，而固定CO2会消耗更多的C5，则C5的含量会降低，短时间内C3的
还原速率不变，C3含量增多，故短时间内叶绿体中C5/C3的比值会降低，D 正确。
一、基础排查
判断下列关于光合作用原理的叙述
(1)没有叶绿体的生物不能进行光合作用( × )
提示 蓝细菌含有叶绿素和藻蓝素，也能进行光合作用，但没有叶绿体。
(2)光反应在叶绿体的类囊体薄膜上进行，暗反应在叶绿体的基质中进行( √ )
(3)水分解为氧和H＋，H＋可用于与NAD＋(氧化型辅酶Ⅰ)结合形成NADPH( × )
提示 水分解为氧和H＋，H＋可用于与NADP＋(氧化型辅酶Ⅱ)结合形成NADPH(还原型辅酶
Ⅱ)。
(4)CO2和C5结合的过程需要消耗储存在ATP 和NADPH 中的化学能( × )
提示 C3 的还原需要消耗储存在ATP 和NADPH 中的化学能，而CO2 和C5 结合的过程即
CO2的固定不需要。
(5)光合作用的暗反应能为光反应提供Pi、ADP 和NADP＋等( √ )
(6)光反应将光能转化为储存在ATP 和NADPH 中的化学能，暗反应将ATP 和NADPH 中的
化学能转化为储存在有机物中的化学能( √ )
(7)在自然界中，只有光合作用可以将CO2和H2O 合成糖类( × )
提示 少数种类的细菌如硝化细菌通过化能合成作用将CO2和H2O 合成糖类。
二、要语必背
1．(必修1 P102)光合作用的反应式：CO2＋H2O――→(CH2O)＋O2。
2．光合作用分为光反应和暗反应两个阶段。光反应阶段必须有光才能进行，场所在类囊体
的薄膜。暗反应阶段不直接依赖光，场所在叶绿体基质。
3．光合色素吸收的光能，有两方面用途。一是将水分解为氧和H＋，同时被叶绿素夺去两个
电子，氧直接以氧分子的形式释放出去，电子经传递，用于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作用下，提供能量促使ADP 与Pi 反
应形成ATP。
4．NADPH 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。ATP 为暗反应阶段提供能量。
5．暗反应阶段：(1)CO2的固定：CO2在特定酶的作用下与C5结合形成C3。
(2)C3的还原：在有关酶的催化作用下，C3接受ATP 和NADPH 释放的能量，并且被NADPH
还原。随后，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类，
另一些形成C5。
6．光合作用中的能量转化：光能转化成ATP 和NADPH 中的化学能，再转化成糖类中的化
学能。
7．光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮
部运输到植株各处。
8．(必修1 P106)硝化细菌能将土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2)，进而将亚硝酸氧化成
硝酸(HNO3)。这两个化学反应中释放出的化学能，就被硝化细菌用来将CO2和H2O 合成糖
类。
课时精练
[分值：100 分]
[1～2 题，每题5 分；3～9 题，每题6 分。共52 分]
一、选择题
1．(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被
称为Rubisco，下列叙述正确的是( )
A．Rubisco 存在于细胞质基质中
B．激活Rubisco 需要黑暗条件
C．Rubisco 催化CO2固定需要ATP
D．Rubisco 催化C5和CO2结合
答案 D
解析 Rubisco 参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisco
存在于叶绿体基质中，A 错误；暗反应不直接依赖光，但需要光照间接影响，B 错误。
2．(2026·河南青桐鸣联考)光照和温度等条件适宜时，棉花叶片光合作用强度大于呼吸作用
强度。如图为棉花叶片光合作用过程示意图，图中A～G 代表相关物质，酶a、酶b 分别为
暗反应及光合产物转化的关键酶。下列叙述错误的是( )
A．若光照和温度等条件适宜，物质G 来自细胞呼吸和外界环境
B．酶a 催化的反应属于暗反应，可将物质G 固定为物质F
C．物质D 为类囊体膜上合成的ATP，能为F 到E 的过程提供能量
D．酶b 可催化三碳糖转化为淀粉和蔗糖，蔗糖可被运往棉铃等器官
答案 C
解析 由题意可知，当光照和温度等条件适宜时，棉花叶片光合作用强度大于呼吸作用强度，
物质G 为CO2，CO2可来自细胞呼吸产生和从外界吸收，A 正确；根据光合作用过程，酶a
催化CO2固定生成C3的过程属于暗反应，B 正确；光合作用光反应产生的可用于暗反应的
物质D 为ATP 和NADPH，C 错误；由题意可知，酶b 为催化光合产物向淀粉或蔗糖转化的
关键酶，且蔗糖会被运往棉铃(棉花果实)等器官，D 正确。
3．(2026·安徽江淮十校联考)如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分
析，下列叙述正确的是( )
A．水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4 层膜
B．类囊体腔中的H＋仅来自水的光解
C．光反应产生的ATP 可用于暗反应及其他消耗能量的反应
D．光反应合成ATP 的能量直接来源于光能
答案 C
解析 水光解在类囊体腔中产生O2，O2从类囊体腔出来，需穿过类囊体膜(1 层)，接着穿过
叶绿体的内膜和外膜(2 层)，到达细胞质基质，然后进入线粒体被有氧呼吸利用，需穿过线
粒体的外膜和内膜(2 层)，故最少要穿过5 层膜，A 错误；由图可知，类囊体腔中的H＋不仅
来自水的光解，还可来自叶绿体基质，B 错误；由图可知，光反应合成ATP 的直接驱动力
是类囊体膜两侧的H＋电化学梯度，D 错误。
4．(2026·新乡大联考)卡尔文与同事以小球藻探明了光合作用中的碳固定途径，为了进一步
探究14CO2 和哪种物质结合生成C3，卡尔文在反应中将14CO2 的浓度由1%突然降至
0.003%，检测部分物质的含量变化，结果如图所示。下列有关推测错误的是( )
A．物质a 可能为NADPH 和ATP
B．物质b 可能为C5
C．物质c 可能为C3
D．若300s 后停止光照，短时间内物质b 的相对含量将增多
答案 D
解析 当14CO2浓度突然降低时，CO2固定减少，C3也会减少，C3的还原消耗的NADPH 和
ATP 减少，所以NADPH 和ATP 的相对含量会增加，物质a 可能为NADPH 和ATP，A 正确；
CO2浓度突然降低，CO2与C5结合生成C3的过程减弱，C5的消耗减少，而C3还原生成C5的
过程仍在进行，所以C5的相对含量会增加，物质b 可能为C5，B 正确；若300 s 后停止光照，
光反应停止，NADPH 和ATP 的生成减少，C3的还原过程减弱，C5的生成减少，而CO2与
C5结合生成C3的过程仍在进行，物质b 可能为C5，而此条件下短时间内C5的相对含量将减
少，D 错误。
5．(2026·安徽百师联盟联考)亚硝酸细菌和硝酸细菌是土壤中普遍存在的化能自养型细菌，
前者将氨氧化为亚硝酸，后者将亚硝酸氧化为硝酸，其过程如图所示。下列叙述错误的是(
)
A．能否利用光能是光合作用和化能合成作用的本质区别
B．氧化氨和亚硝酸的过程都能释放出化学能，这两种细菌都能利用相应的能量合成有机物
C．细菌的化能合成作用可降低土壤中硝酸盐含量，有利于植物渗透吸水
D．亚硝酸细菌化能合成作用与植物光合作用的能量来源和发生场所均不相同
答案 C
解析 光合作用的能量来源是光能，化能合成作用的能量来源是无机物氧化的化学能，二者
最本质的区别就是“是否利用光能”，A 正确。植物的光合作用是利用光能将二氧化碳和水
合成有机物，其场所在叶绿体，而亚硝酸细菌(属于原核生物，没有叶绿体)的化能合成作用
是利用化学能将二氧化碳和水合成有机物，因此亚硝酸细菌化能合成作用与植物光合作用的
能量来源和场所都不同，D 正确。
6．如图为真核细胞中两种传递电子并产生ATP 的生物膜结构示意图。据图分析，下列有关
叙述正确的是( )
A．图甲为叶绿体内膜，图乙为线粒体内膜
B．两种膜产生 ATP 的能量直接来源均为 H＋的跨膜运输
C．自养需氧型生物的细胞中都既有图甲结构又有图乙结构
D．图甲中NADPH 为电子最终受体，图乙中O2为电子最终受体
答案 B
解析 图甲中利用光能分解水，为光合作用的光反应阶段，所以图甲为叶绿体中的类囊体薄
膜，图乙中利用NADH 生成水和ATP，应为有氧呼吸第三阶段，所以图乙为线粒体内膜，
自养需氧型生物，如硝化细菌为原核生物，不存在图甲结构和图乙结构，A、C 错误；由图
可知，这两种膜结构上的ATP 合成酶在合成ATP 时，都需要利用膜两侧的H＋跨膜运输，即
H＋的梯度势能转移到ATP 中，B 正确；图甲中的NADP＋接受电子变成NADPH，NADP＋为
电子最终受体，图乙中O2接受电子变成水，O2为电子最终受体，D 错误。
7．(2025·淮北模拟)PHO 蛋白是植物体内重要的磷转运蛋白，其在叶片中的作用过程如图所
示。有研究发现：PHO 突变植株的种子中Pi 浓度增加，而叶片中Pi 浓度降低。下列叙述正
确的是( )
A．磷元素是ATP 和NADPH、叶绿素等物质的重要组成部分
B．当PHO 被抑制时，植物的光反应被抑制，暗反应不受影响
C．据图分析，磷酸丙糖转运蛋白转运磷酸丙糖对Pi 转运的影响属于负反馈
D．根据信息可推断PHO 蛋白还可能参与植物体不同器官中Pi 的重新分配
答案 D
解析 磷元素是ATP、NADPH 的重要组成成分，但叶绿素中不含磷元素，A 错误；光反应
为暗反应提供ATP 和NADPH，若PHO 蛋白被抑制导致光反应受阻，暗反应必然受影响，B
错误；图中显示磷酸丙糖转运蛋白将磷酸丙糖运出叶绿体，有利于消耗Pi，促进PHO 运输
Pi，此过程属于正反馈调节，C 错误；PHO 突变植株的种子Pi 浓度增加、叶片Pi 浓度降低，
表明PHO 蛋白可能参与器官间Pi 的重新分配，D 正确。
8．(2025·宜宾二模)德国科学家瓦尔堡设法把光合作用的光反应、暗反应分开研究，他的方
法是在人工光源“间歇光”下测定光合作用。科研人员重新设计瓦尔堡的实验：分离出某植
物的叶绿体，让叶绿体交替接受5 秒光照、5 秒黑暗处理，持续进行20 分钟，并用灵敏传感
器记录环境中O2和CO2的变化，部分实验记录如图所示，图中S 代表面积。下列叙述错误
的是( )
A．据实验结果推测，与连续光照相比，间歇光照能够提高光能利用率
B．据图所知a～e 段中，光反应阶段为a～d 段，暗反应阶段为d～e 段
C．S1＋S2、S2＋S3可分别表示光反应释放的O2总量与暗反应吸收的CO2总量
D．黑暗开始后CO2吸收速率稳定一段时间后迅速下降，该段时间内C5的含量减少
答案 B
解析 从图中来看，“间歇光”下，在一个光周期内，叶绿体光反应产生的物质，恰好被暗
反应利用，在总光照时间相同的情况下，间歇光照与连续光照相比，能产生更多的氧气和吸
收更多的二氧化碳，说明间歇光照条件下光合作用合成的有机物更多，也就意味着间歇光照
能够提高光能利用率，A 正确；光反应阶段需要光照，暗反应阶段不直接依赖光，a～d 段
既有光反应，也有暗反应，d～e 段，只有暗反应，没有光反应，B 错误；虚线表示O2释放
速率的变化，实线表示CO2吸收速率的变化，结合题图可知，S1＋S2表示光反应释放的O2
总量，S2＋S3表示暗反应吸收的CO2总量，C 正确；黑暗开始一段时间后，CO2和C5生成
C3，但不能进行C3的还原，C5得不到补充，C5减少，D 正确。
9．研究者发现植物根系能够从环境中吸收葡萄糖。为提高苹果果实含糖量，研究者利用同
位素标记技术进行实验，处理及结果如表。依据实验结果，下列叙述错误的是( )
苹果树根系置于含有13C 标记
的葡萄糖培养液中
用13C 标记的CO2 处理苹果叶
片，根系置于普通葡萄糖培养液
中
根系13C 含量/
mg
非根系13C
含量/mg
根系13C 含量
占比/%
非根系13C 含量
占比/%
野生型
4.7
含量极低
44.24
55.76
X 基因高表达
6.2
30.89
69.11
X 基因低表达
3.6
46.79
53.21
A.根系从环境中吸收葡萄糖，可减少叶片中的糖类向根系运输，从而提高果实含糖量
B．该培养条件下，抑制X 基因表达，会降低苹果果实含糖量
C．若阻断叶片通向根系的筛管，叶片CO2固定速率会上升
D．推测X 基因表达出的X 蛋白能促进根系吸收环境中的葡萄糖
答案 C
解析 该培养条件下，由表格数据可知，抑制X 基因表达能促进叶片光合产物向根系的运
输，使更少的糖分配到果实，降低苹果果实中的糖含量，B 正确；叶片合成的有机物主要是
以蔗糖的形式通过韧皮部筛管运输到苹果根系，若阻断叶片通向根系的筛管，光合产物积累
在叶片，叶片CO2固定速率会下降，C 错误；将苹果根系置于含有13C 标记的葡萄糖培养液
中，X 基因高表达组根系13C 含量显著高于野生型和X 基因低表达组，说明X 蛋白能促进根
系从周围环境中吸收葡萄糖，D 正确。
二、非选择题
10．(22 分)(2026·安徽名校联考)图a 为叶绿体的结构示意图，图b 为叶绿体中某种生物膜的
部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题。
(1)叶绿体中，光合色素附着在____________上，这是光反应的关键结构基础；暗反应的关
键酶分布于__________，催化反应时，会把____________中的化学能转化为(CH2O)中的化
学能。
(2)图b 中H＋进入叶绿体基质侧的跨膜运输方式是____________。若CO2浓度降低，暗反应
速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋含量________，图b 中电子传递速率会________(填
“加快”或“减慢”)。
(3)(10 分)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4 种结
构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy 或DCIP 替代NADP＋为电子受体，
以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
叶绿体类型
叶绿体A：双层
膜结构完整
叶绿体B：双层
膜局部受损，类
囊体略有损伤
叶绿体C：双层
膜瓦解，类囊体
松散但未断裂
叶绿体D：所有
膜结构解体破裂
成颗粒或片段
实验一：以Fecy
为电子受体时的
放氧量
100
167.0
425.1
281.3
实验二：以
DCIP 为电子受
体时的放氧量
100
106.7
471.1
109.6
注：Fecy 具有亲水性，DCIP 具有亲脂性。
①叶绿体A 和叶绿体B 的实验结果表明，叶绿体双层膜对以________(填“Fecy”或
“ DCIP”) 为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是
______________________
______________________________________________________________________________。
②以DCIP 为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C 和D 的ATP 产生效率的相对值分别
为1、0.66、0.58 和0.41，结合图b 对实验结果进行解释：___________________________
_____________________________________________________________________________。
答案 (1)类囊体薄膜 叶绿体基质 ATP、NADPH (2)协助扩散 减少 减慢 (3)①Fecy
实验一中叶绿体B 双层膜局部受损时，以Fecy 为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，
实验二中叶绿体B 双层膜局部受损时，以DCIP 为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显
差异；结合所给信息：“Fecy 具有亲水性，而DCIP 具有亲脂性”，可推知叶绿体双层膜对
以Fecy 为电子受体的光反应有明显阻碍作用 ②ATP 的合成依赖水光解的电子传递和氢离
子顺浓度梯度通过囊体薄膜上的ATP 合成酶，叶绿体A、B、C、D 类囊体薄膜的受损程度
依次增大，因此ATP 的产生效率相对值依次降低
解析 (2)据图可知，H＋进入叶绿体基质侧伴随着ATP 合成，需要蛋白质协助，说明跨膜运
输方式为顺浓度梯度的协助扩散；若二氧化碳浓度降低，暗反应速率减慢，消耗的NADPH
减少，导致叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b 中的电子去路受阻，电子传递速率会减
慢。(3)①比较叶绿体A 和叶绿体B 的实验结果，实验一中叶绿体B 双层膜局部受损时，以
Fecy 为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B 双层膜局部受损时，
以DCIP 为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异；结合所给信息：“Fecy 具有亲水
性，而DCIP 具有亲脂性”，可推知叶绿体双层膜对以Fecy 为电子受体的光反应有明显阻
碍作用。②根据图b 可知，ATP 的合成依赖水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊
体薄膜上的ATP 合成酶，叶绿体A、B、C、D 类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此ATP
的产生效率相对值依次降低。
11．(14 分)(2025·鄂州三模)某些植物在强光下产生电子过多导致活性氧积累，而细胞内活性
氧积累会加快细胞凋亡引发萎黄病。为研究植物对强光的适应性，科研人员进行了一系列探
究。回答下列问题：
(1)光合作用的光反应发生在________________上，某些膜上蛋白与______________形成的
复合体可吸收、传递、转化光能。
(2)(6 分)用不同浓度的MV(一种可产生活性氧的物质)对野生型和C37 蛋白缺失突变体叶片
进行处理，检测叶绿素含量，结果如图1。MV 模拟的是______________环境，从实验结果
可
以
得
出
_________________________________________________________________________。
(3)光系统Ⅰ和Ⅱ是完成光反应必需的，请据图2 回答：在光照条件下，光系统Ⅱ(PS Ⅱ)吸
收光能产生高势能电子，PS Ⅱ中部分叶绿素a 失去电子转化为强氧化剂，从
______________中夺取电子引起______________释放。
答案 (1)类囊体薄膜 光合色素 (2)强光 MV 会导致植物光合色素含量降低，MV 浓度越
高，作用越明显，且C37 蛋白缺失突变体中叶绿素含量下降更明显 (3)水 氧气
解析 (2)强光下，光反应中的电子积累导致活性氧增加，MV 是一种可产生活性氧的物质，
因此MV 模拟强光环境。(3)PS Ⅱ中部分叶绿素a 失去电子转化为强氧化剂从水中夺取电子
即水分解为氧和H＋、电子，引起氧气释放。
12．(12 分)(2025·成都二模)马铃薯植株下侧叶片合成的有机物通过筛管主要运向块茎贮藏。
图1 是马铃薯光合作用产物的形成及运输示意图，蔗糖从叶肉细胞转运至韧皮部细胞需要蔗
糖转运蛋白(SUT1)。据图回答下列问题：
(1)图1 所示的①②过程进行的场所是叶肉细胞的____________。
(2)在成功导入蔗糖转运蛋白反义基因的马铃薯植株中，叶片中可溶性糖和淀粉总量
________，最终导致块茎产量________。
(3)科研人员以Q9、NB1、G2 三个品种的马铃薯为材料，研究不同光周期处理对马铃薯块茎
产量的影响，在24 h 昼夜周期中对马铃薯幼苗分别进行16 h(长日照)、12 h(中日照)、8 h(短
日照)三种光照时间处理，保持其他条件相同且适宜，研究人员在培养至45 d、60 d、75 d 时
测量每组平均单株产量，只有中日照和短日照处理组有块茎生成，结果如图2 所示。
①分析上述信息可知，该实验的自变量是________________________________。
②图2 实验结果表明，单位时间内平均单株产量增加量最大的实验组和时间段为
________________________。
③进一步研究表明，SUT1 对蔗糖在韧皮部的装载和长距离运输中起关键作用，光周期调节
马铃薯块茎的形成与光合产物的运输有关。请结合以上信息推测：16 h 光照下没有生成马铃
薯块茎的原因可能是____________________________________________________(答出1 点
即可)。
答案 (1)叶绿体基质 (2)升高 降低 (3)①马铃薯的不同品种，不同光周期处理和处理的
天数 ②NB1 品种的中日照组，在处理45～60 d 期间 ③长日照抑制了SUT1 对蔗糖的转
运能力，蔗糖在韧皮部的装载和长距离运输中受阻，因此没有形成马铃薯块茎
解析 (1)图1 过程为光合作用暗反应阶段，暗反应进行的场所为叶绿体基质。(2)SUT1 是一
种蔗糖转运蛋白，在成功导入蔗糖转运蛋白反义基因的马铃薯植株中SUT1 的表达水平降低，
叶肉细胞中蔗糖分子通过转运蛋白转出叶肉细胞的量减少，叶肉细胞中蔗糖积累，可溶性糖
和淀粉总量上升，抑制光合作用，最终导致块茎产量降低。(3)①据图2 可知，该实验的自
变量有：三个不同品种的马铃薯，不同光周期处理，以及45 d、60 d 和75 d 三种不同天数
的处理。
