資源簡介

大題01 細胞代謝類
【高考真題分布】
考點 考向 高考考題分布
光合作用和細胞呼吸的綜合 細胞呼吸與光合作用的過程及實驗設計 影響光合和呼吸作用的因素 2023年廣東T18 2023年海南T16 2023年江蘇T19 2023年重慶T19 2023年遼寧T21 2023年浙江第一次T22 2023浙江第二次 T23 2023年河北T19 2023年湖南卷T17
【題型解讀】
細胞呼吸光合作用的過程，以及探究不同環境因素對光合作用和呼細胞呼吸的影響，是細胞代謝部分的高頻考點。通過對近三年試題分析，發現試題考察情景越來越復雜，以下兩種情境尤為明顯：
一、對大學教材中光合作用和細胞呼吸的生理過程深度考察。如2023年山東卷第21題和2023年湖北卷第8題的PSⅠ、PSⅡ光復合體，2023年湖南卷第17題和2022年全國甲卷第29題的C3植物和C4植物，2023年全國乙卷第3題和2023年山東卷第4題中無氧呼吸方式的轉變，2022年山東卷第21題的光抑制，2022年山東卷第4題的磷酸戊糖途徑，2022年山東卷第16題的電子傳遞鏈。這些題目的題干主要以文字形式呈現大學教材中光合作用和細胞呼吸的生理過程，考察考生在考場上對這些深于教材的新知識的學習和理解能力。并考察考生能否將這些過程與光合作用細胞呼吸過程進行辨析以及找出它們之間的聯系等。
二、對于光合作用和細胞呼吸有關的科學實驗和探究實驗的考察，如2023年全國乙卷第3題和29題，2023年山東卷第17天、2023年全國甲卷第29集、2023年廣東卷第18期、2022年山東卷第21期、2022年廣東卷第18題、2021年全國已卷第29天、2021年山東卷第21題。這些題目或涉及探究實驗步驟的設計或設計實驗數據的分析。
該專題的試題在考察必備知識的基礎上，也逐年提升對關鍵能力和學科素養的考察等級。
典例一：細胞呼吸與光合作用的過程及實驗設計
（2023·重慶·統考高考真題）水稻是我國重要的糧食作物，光合能力是影響水稻產量的重要因素。
(1)通常情況下，葉綠素含量與植物的光合速率成正相關。但有研究發現，葉綠素含量降低的某一突變體水稻，在強光照條件下，其光合速率反而明顯高于野生型。為探究其原因，有研究者在相同光照強度的強光條件下，測定了兩種水稻的相關生理指標（單位省略），結果如下表。
光反應 暗反應
光能轉化效率 類囊體薄膜電子傳遞速率 RuBP羧化酶含量 Vmax
野生型 0．49 180．1 4．6 129．5
突變體 0．66 199．5 7．5 164．5
注：RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶：Vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率
①類囊體薄膜電子傳遞的最終產物是 。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和 。
②據表分析，突變體水稻光合速率高于野生型的原因是 。
(2)研究人員進一步測定了田間光照和遮蔭條件下兩種水稻的產量（單位省略），結果如下表。
田間光照產量 田間遮陰產量
野生型 6．93 6．20
突變體 7．35 3．68
①在田間遮蔭條件下，突變體水稻產量卻明顯低于野生型，造成這個結果的內因是 ，外因是 。
②水稻葉肉細胞的光合產物有淀粉和 ，兩者可以相互轉化，后者是光合產物的主要運輸形式，在開花結實期主要運往籽粒。
③根據以上結果，推測兩種水稻的光補償點（光合速率和呼吸速率相等時的光照強度），突變體水稻較野生型 （填“高”、“低”或“相等”）。
【答案】
(1) NADPH（[H]） C5（核酮糖—1，5-二磷酸，RuBP） 突變體的光反應與暗反應速率都較野生型快
(2) 突變體葉綠素含量太低 光照強度太低 蔗糖 高
【分析】
1、光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。光合作用過程十分復雜，根據是否需要光能，將這些化學反應分為光反應和暗反應，現在也成為碳反應階段。
2、光反應階段：必須有光才能進行，反應部位在類囊體的薄膜上。在這個階段，葉綠體中光合色素吸收的光能首先將水分解成氧和H+。其中氧以分子形式氧氣釋放，H+與NADP+結合，形成NADPH。NADPH是活潑的還原劑，參與暗反應階段的化學反應。光合色素吸收的另一部分光能，在酶的作用下，使ADP與Pi反應形成ATP，用于暗反應。
3、暗反應階段：需要多種酶參與，在有光、無光的條件下均可進行，反應部位在葉綠體基質中。這個階段綠葉通過氣孔從外界吸收CO2，在特定酶（CO2固定酶）的作用下與C5（一種五碳化合物）結合，這個過程叫作CO2的固定。一分子的CO2被固定后，很快形成兩個C3。在酶的作用下C3接受ATP和NADPH釋放的能量，并且被NADPH還原，一部分接受能量并被還原的C3經過一系列酶的作用轉化為糖類，另一些接受能量被還原的C3又形成C5，參與CO2的固定。暗反應的實質是同化CO2，將活躍的化學能轉化為穩定的化學能，儲存在有機物中。
【詳解】
（1）①根據分析可知，光合作用的光反應階段在類囊體薄膜上反應。這個階段電子傳遞的最終產物是NADPH。RuBP羧化酶是催化CO2固定的酶，根據分析可知這個階段是暗反應階段（CO2的固定），在這個反應中 CO2，在CO2固定酶的作用下與C5（一種五碳化合物）結合，所以RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C5。
②根據分析可知，表中的類囊體薄膜電子傳遞速率代表了光反應速率，電子傳遞速率越高，則光反應速率越快；RuBP羧化酶含量高低與暗反應速率有關，RuBP羧化酶含量越高，暗反應速率越快。由表可知突變體的光反應和暗反應速率都比野生型快，所以突變型水稻的光合速率高于野生型。
（2）①根據光合作用的分析可知，只要影響到原料、能量的供應都是影響光合作用的因素，比如CO2的濃度、葉片氣孔的開閉情況，光照強度等；葉綠體是光合作用的場所，影響葉綠體的形成，結構的因素，比如葉綠體光合色素含量低等也會影響光合作用。根據題干可知在遮蔭情況下突變體水稻產量明顯低于野生型，因此推測這種結果的內因則是突變體自身葉綠素含量太低，外因則是光照強度太低。
②蔗糖是光合作用的主要產物，也是植物光合作用遠距離運輸的主要形式。所以水稻葉肉細胞的光合產物有淀粉和蔗糖，兩者可以相互轉化，后者是光合產物的主要運輸形式，在開花結實期主要運往籽粒。
③根據以上結果可知，在同等光合速率下突變體水稻所需要的光照更強，因此突變體水稻的光補償點較野生型高。
一、限定詞作答時,若題目中提供了限定詞,則必須用限定詞作答,而不能用同義詞替代,如本題中的“紅光”不能回答成“紅色光”或“紅”。
二、原因分析類問題的方法突破
（1）此類題目屬于非選擇題中的“科學思維”的特征設問，此類題目在語言表達題型中所占比例很高，其設問方式一般有以下幾種：“……合理的解釋是________________” “……的依據是______________”“……的原因是________________”等。這些試題旨在考查考生在新情境條件下對知識體系的掌握程度，也是對關鍵能力和學科素養進行考查，是真正素質考查的體現。
（2）解題策略
這一類試題的形式是給出某一實驗現象或結果，要求回答出現這些現象( 或結果) 的原因。
分析高考題中長句子描述題的標準答案就會發現，其實答案用詞的出處一般有兩個：一是命題者在描述題干時的信息，二就是教材中的重要概念、原理等。
（3）答題思路
a．在題干文字信息和圖表信息中找出“起因”和“結果”。
b．依據題干或者已學教材中相關知識，分析“起因”和“結果”之間的邏輯關系——原因、依據、理由、解釋。
（4）答題模式
三、實驗設計要遵循實驗設計的基本原則實驗設計的基本原則包括：
（1）科學性原則：是所有原則的前提，實驗設計要合乎科學性。
（2）可行性原則：符合實驗者的一般認知水平；還要滿足現有的條件，具有進行實驗和完成實驗的可能性。
（3）簡便性原則：實驗的材料易獲得，裝置簡化、簡單，實驗藥品便宜，操作簡便等等。
（4）可重復性原則：一方面，減少誤差，增加信度。另一方面，你做的實驗，同樣的情況下，別人應該可以重復驗證。
（5）單一變量原則： 在不同的實驗組別中，只有我們所要研究的因素不同，影響實驗的其他所有因素都相同。
（6）等量原則：除研究因素以外，所有可以影響實驗過程或結果的因素都應該保持一樣。
（7）對照性原則：是生物實驗設計的一個重要原則。在單一變量的前提下，通過對照，就能有效地排除其它因素對結果的干擾，增加實驗結果的可信度和說服力。
四、光合作用與細胞呼吸實驗的設計技巧
(1)實驗設計中必須注意三點
①變量的控制手段，如光照強度的強弱可用不同功率的燈泡(或相同功率的燈泡，但與植物的距離不同)進行控制，不同溫度可用不同恒溫裝置控制，CO2濃度的大小可用不同濃度的CO2緩沖液來調節。
②對照原則的應用，不能僅用一套裝置通過逐漸改變其條件進行實驗，而應該用一系列裝置進行相互對照。
③無論哪種裝置，在光下測得的數值均為“凈光合作用強度”值。
(2)解答光合作用與細胞呼吸的實驗探究題時必須關注的信息是加“NaOH”還是加“NaHCO3”；給予“光照”處理還是“黑暗”處理；是否有“在溫度、光照最適宜條件下”等信息。
五、光合作用與呼吸作用實驗設計中常用實驗條件的控制方法
①增加水中氧氣——泵入空氣或放入綠色水生植物。
②減少水中氧氣——容器密封或油膜覆蓋或用涼開水。
③除去容器中二氧化碳——氫氧化鈉溶液。
④除去葉中原有淀粉——置于黑暗環境中。
⑤除去葉中葉綠素——酒精隔水加熱。
⑥除去光合作用對呼吸作用的干擾——給植株遮光。
⑦如何得到單色光——棱鏡色散或薄膜濾光。
⑧線粒體的提取——細胞勻漿離心。
⑨保持容器中CO2體積不變——NaHCO3溶液。
（2024·貴州貴陽·貴陽一中校考一模）番茄含有豐富的營養，據營養學家研究測定：每人每天食用50~100克鮮番茄，即可滿足人體對幾種維生素和礦物質的需要。為了進一步了解番茄的生理特征，科研人員研究了溫度變化對番茄進行呼吸作用時CO2產生量和進行光合作用時CO2消耗量的影響，實驗結果如圖所示。回答下列問題：

(1)光可以被番茄葉片中的色素吸收，分離其綠葉中的色素時，隨層析液在濾紙上擴散速度最慢的色素呈現的顏色是 ，該色素主要吸收的光是 。
(2)本實驗的自變量是 ，影響光合作用的內因主要有 （至少答出一種）。
(3)溫室栽培該種蔬菜時溫度最好控制在 （填圖中的溫度），35℃的條件下培養的番茄 （填“能”或“不能”）生長。
(4)請利用以下實驗材料測定番茄幼苗光合作用CO2的消耗速率。（簡要寫出實驗思路）
實驗材料：透明的密閉玻璃罩、CO2傳感器、番茄幼苗。
實驗思路： 。
【答案】
(1) 黃綠色 藍紫光和紅光
(2) 不同的溫度 光合色素的含量、酶的數量和活性
(3) 25℃ 不能
(4)實驗思路為：測定密閉裝置內的初始CO2濃度和在光照條件下培養1小時后的CO2濃度；測定的CO2含量變化即為凈光合速率，同時設置另外一組實驗，其余條件均相同，但是做遮光處理，測定初始CO2濃度和在光照遮光條件下培養1小時后的CO2濃度；測定的CO2含量變化即為呼吸速率，二者之為即為CO2的消耗速率。
【分析】影響光合作用的因素：
1、光照強度：光照會影響光反應，從而影響光合作用，因此，當光照強度低于光飽和點時，光合速率隨光照強度的增加而增加，但達到光飽和點后，光合作用不再隨光照強度增加而增加。
2、CO2濃度：CO2是光合作用暗反應的原料，在一定范圍內當CO2濃度增加時，光合速率會隨CO2濃度的增高而增高。
3、溫度：溫度對光合作用的影響主要是影響酶的活性。
【詳解】
（1）隨層析液在濾紙上擴散速度最慢的色素是葉綠素b，呈現的顏色是黃綠色，該色素主要吸收的光是藍紫光和紅光。
（2）科研人員研究了溫度變化對番茄進行呼吸作用時CO2產生量和進行光合作用時CO2消耗量的影響，所以本實驗的自變量是不同的溫度，影響光合作用的內因主要有光合色素的含量，以及與光合作用有關的酶的數量和活性。
（3）溫室栽培該種蔬菜時溫度最好控制在25℃，此時光合作用的消耗量-呼吸用的產生量的值最大，即凈光合速率最高，有機物的積累量最高，同理35℃下，凈光合速率為0，番茄不能生長。
（4）CO2的消耗速率及總光合速率，所以需要測定凈光合速率，以及呼吸速率，二者之和即為CO2的消耗速率，故實驗思路為:測定密閉裝置內的初始CO2濃度和在光照條件下培養1小時后的CO2濃度;測定的CO2含量變化即為凈光合速率，同時設置另外一組實驗，其余條件均相同，但是做遮光處理，測定初始CO2濃度和在光照遮光條件下培養1小時后的CO2濃度;測定的CO2含量變化即為呼吸速率，二者之為即為CO2的消耗速率。
典例二：影響光合和呼吸作用的因素
（2023·廣東·統考高考真題）光合作用機理是作物高產的重要理論基礎。大田常規栽培時，水稻野生型（WT）的產量和黃綠葉突變體（ygl）的產量差異不明顯，但在高密度栽培條件下ygl產量更高，其相關生理特征見下表和圖。（光飽和點：光合速率不再隨光照強度增加時的光照強度；光補償點：光合過程中吸收的CO2與呼吸過程中釋放的CO2等量時的光照強度。
水稻材料 葉綠素（mg/g） 類胡蘿卜素（mg/g） 類胡蘿卜素/葉綠素
WT 4.08 0.63 0.15
ygl 1.73 0.47 0.27

分析圖表，回答下列問題：
(1)ygl葉色黃綠的原因包括葉綠素含量較低和 ，葉片主要吸收可見光中的 光。
(2)光照強度逐漸增加達到2000μmol m-2 s-1時，ygl的凈光合速率較WT更高，但兩者凈光合速率都不再隨光照強度的增加而增加，比較兩者的光飽和點，可得ygl WT（填“高于”、“低于”或“等于”）。ygl有較高的光補償點，可能的原因是葉綠素含量較低和 。
(3)與WT相比，ygl葉綠素含量低，高密度栽培條件下，更多的光可到達下層葉片，且ygl群體的凈光合速率較高，表明該群體 ，是其高產的原因之一。
(4)試分析在0~50μmol m-2 s-1范圍的低光照強度下，W T和ygl凈光合速率的變化，在給出的坐標系中繪制凈光合速率趨勢曲線 。在此基礎上，分析圖a和你繪制的曲線，比較高光照強度和低光照強度條件下WT和ygl的凈光合速率，提出一個科學問題 。

【答案】
(1) 類胡蘿卜素/葉綠素比例上升 紅光和藍紫
(2) 高于 呼吸速率較高
(3)光能利用率較高
(4) 探究較強光照條件下WT和ygl的最適栽培密度
【分析】分析題表和題圖：與WT相比，ygl植株的葉綠素和類胡蘿卜素含量都較低，但類胡蘿卜素/葉綠素較高，光飽和點較高，呼吸速率較高。
【詳解】
（1）根據表格信息可知，ygl植株葉綠素含量較低且類胡蘿卜素/葉綠素比值比較高，故葉片呈現出黃綠色。葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，由ygl葉色呈黃綠可推測，主要吸收紅光和藍紫光。
（2）光照強度逐漸增加達到2000μmol m-2 s-1時，ygl的凈光合速率較WT更高，但兩者凈光合速率都不再隨光照強度的增加而增加，從柱狀圖中看出，ygl的呼吸速率高于WT，因此ygl的最大實際光合速率高于WT，因此達到最大實際光合速率需要的最小光照強度大，即ygl的光飽和點高于WT。光補償點是光合速率等于呼吸速率的光照強度，據圖b和圖c可知，ygl有較高的光補償點是因為葉綠素含量較低導致相同光照強度下光合速率較低，且由圖c可知ygl呼吸速率較高。
（3）與WT相比，ygl葉綠素含量低，高密度栽培條件下，更多的光可到達下層葉片，且ygl群體的凈光合速率較高，表明該群體光能利用率高，是其高產的原因之一。
（4）由于ygl呼吸速率較高，且有較高的光補償點，因此在0~50μmol m-2 s-1范圍的低光照強度下，WT和ygl的凈光合速率如下圖：
分析圖a和圖示曲線，高光照強度WT的凈光合速率小于ygl，低光照強度下WT的凈光合速率大于ygl，在此基礎上，可進一步探究較強光照條件下WT和ygl的最適栽培密度。
一、真核生物細胞呼吸
(1)判斷細胞呼吸方式的三大依據
(2)影響細胞呼吸的常見因素
①溫度：影響酶活性。
②O2濃度：O2促進有氧呼吸，抑制無氧呼吸。
③含水量：自由水的相對含量會影響細胞代謝速率。
(3)水果、蔬菜保鮮條件：低溫、低氧、有一定濕度。
糧食儲存需要的條件：低溫、低氧、干燥環境。
二、光合作用與呼吸作用
(1)光合作用過程中的能量變化：光能→活躍的化學能(儲存在ATP、NADPH中)→穩定的化學能(儲存在有機物中)。
(2)光合作用過程中的物質變化
①光反應(發生在葉綠體類囊體薄膜上)：H2ONADPH＋O2；ADP＋PiATP。
②暗反應(發生在葉綠體基質中)：CO2＋C52C3；2C3(CH2O)＋C5。
(3)光合作用的4個影響因素
①溫度：主要影響暗反應，因為參與暗反應的酶的種類和數量都比參與光反應的多。
②CO2濃度：主要影響暗反應。
③水：缺水主要影響暗反應，因為缺水→氣孔關閉→影響CO2的吸收→影響暗反應。
④光照：主要影響光反應，通過影響ATP和NADPH的產生而影響暗反應。
(4)呼吸作用與光合作用的聯系
①呼吸速率的測定：黑暗條件下，單位時間實驗容器內CO2增加量、O2減少量或有機物減少量。
②凈光合速率的測定：植物在光照條件下，單位時間內CO2吸收量、O2釋放量或有機物積累量。
總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率；光合作用有機物的制造量＝光合作用有機物的積累量＋呼吸作用有機物的消耗量；光合作用固定的CO2量＝從外界吸收的CO2量＋呼吸作用釋放的CO2量。常見呈現形式如圖所示：
a．A點：光照強度為0，只有呼吸作用，細胞表現為對外釋放CO2。
b．AB段(不包括B點)：光合速率<呼吸速率，細胞表現為對外釋放CO2。
c．B點：對應的光照強度稱為光補償點，光合速率＝呼吸速率，細胞表現為既不對外釋放CO2，也不從外界吸收CO2。
d．B點以后：光合速率>呼吸速率，細胞表現為從外界吸收CO2。
e．C點：對應的光照強度稱為光飽和點，光合速率達到相應條件下的最大值。
f．光飽和點以前光合速率的限制因素主要為橫坐標表示的因素；光飽和點以后光合速率的限制因素為除橫坐標以外的因素。
三、光合作用、呼吸作用的“三率”圖
（2024·黑龍江齊齊哈爾·統考一模）目前全球土壤鹽漬化問題嚴重，鹽漬環境下，植物生長會受到抑制。沙棘是我國西北地區的主要造林樹種，某研究小組用不同濃度的NaCl溶液處理沙棘幼苗，探究鹽脅迫對沙棘幼苗葉片光合生理特性的影響，部分結果如圖所示，CK為空白對照組。回答下列問題：

(1)沙棘在進行光合作用時，對光進行吸收、傳遞和轉化的物質分布在葉綠體的 上，光能經光反應后轉化為 中的化學能供暗反應利用。
(2)由圖分析，本實驗的自變量是 ，凈光合速率的指標是 。
(3)導致光合速率降低的因素包括氣孔限制因素（供應不足影響光合作用）和非氣孔限制因素（非CO2因素限制光合作用）。本實驗中，溶液處理10d時，導致沙棘幼苗光合速率降低的因素主要是 （填“氣孔限制因素”或“非氣孔限制因素”），出現該種情況可能與沙棘體內 （填植物激素）的調節作用有關。
(4)該研究小組還探究了鹽脅迫對沙棘幼苗葉片葉綠素含量的影響，結果如下表所示。
NaCl濃度/（mmol·L-1） 葉綠素a含量/（mg·g-1） 葉綠素b含量/（mg·g-1） 類胡蘿卜素含量/（mg·g-1） 葉綠素a/b
CK 2.159 0.355 0.515 6.085
200 1.481 0.318 0.500 4.682
400 1.127 0.292 0.432 3.879
600 0.770 0.236 0.273 3.264
①若要定性比較不同鹽脅迫下沙棘幼苗葉片的葉綠素含量，可以用 （填試劑）提取葉片中的光合色素，再通過紙層析法觀察色素帶的 。
②由表可知，鹽脅迫下，沙棘幼苗葉片中葉綠素和類胡蘿卜素的含量均下降，且鹽濃度越高，
；同等鹽濃度脅迫下，葉綠素a含量降幅大于葉綠素b，可能由于 。
【答案】
(1) 類囊體薄膜 ATP和NADPH
(2) NaCl溶液的濃度和脅迫時間 單位時間、單位葉面積的CO2吸收量（或吸收速率）
(3) 氣孔限制因素 脫落酸
(4) 無水乙醇（或體積分數為95%的乙醇加入適量無水碳酸鈉） 位置和寬度 下降幅度越大（合理即可） 鹽脅對（沙棘幼苗葉片）葉綠素a的破壞作用大于葉綠素b
【分析】
1、葉綠體有內、 外兩層膜，其內膜里面充滿了濃稠的液體，稱為基質。懸浮在基質中的是許多類囊 體。類囊體是由膜形成的碟狀的口袋，所有的類囊體連成一體，其中又有許多疊在一 起，稱為基粒。組成類囊體的膜被稱為光合膜。葉綠素及其他光合色素存在于光合膜上。除了與光合作用有關的色素外，光合膜上還分布了可以將光能轉化為化學能的多種蛋白質。在類囊體的空腔內含有多種酶，這些酶與H2O的裂解有關。
2、光合作用的強弱一般用光合速率來表示。光合速率也稱光合強度，是指一定量的植物（如一定的葉面積）在單位時間內進行的光合作用，如釋放多少氧氣、消耗多少二氧化碳。 光合速率受到多種環境因素的影響，其中最重要的因素是光強度、溫度和空氣中的二氧化碳濃度。
【詳解】
（1）組成類囊體的膜被稱為光合膜，光進行吸收、傳遞和轉化的葉綠素及其他光合色素存在于光合膜（或類囊體膜）上。光能經光反應后轉化為ATP和NADPH中的化學能供暗反應利用。
（2）由圖可知，本實驗的自變量是NaCl溶液的濃度和脅迫時間，可以用單位時間、單位葉面積的CO2吸收量（或吸收速率）來表示凈光合速率。
（3）由圖可知，導致沙棘幼苗光合速率降低的因素主要是氣孔限制因素，因為氣孔導度明顯減小，出現該種情況可能與沙棘體內脫落酸的調節作用有關，因為脫落酸能夠通過調節保衛細胞的鹽濃度促使氣孔開閉。
（4）①若要比較不同鹽脅迫下沙棘幼苗葉片的葉綠素含量，可以用無水乙醇（或體積分數為95%的乙醇加入適量無水碳酸鈉）提取色素，再通過紙層析法觀察色素帶的位置和寬度來確定擴散的速度和色素的含量。
②由表可知，鹽脅迫下，沙棘幼苗葉片中葉綠素和類胡蘿卜素的含量均下降，且鹽濃度越高，下降幅度越大（下降的越快）；同等鹽濃度脅迫下，葉綠素a含量降幅大于葉綠素b，是由于鹽脅對（沙棘幼苗葉片）葉綠素a的破壞作用大于葉綠素b。
典例三：特殊代謝類型
（2023·湖南·統考高考真題）下圖是水稻和玉米的光合作用暗反應示意圖。卡爾文循環的Rubisco酶對CO2的Km為450μmol·L-1（K越小，酶對底物的親和力越大）,該酶既可催化RuBP與CO2反應，進行卡爾文循環，又可催化RuBP與O2反應，進行光呼吸（綠色植物在光照下消耗O2并釋放CO2的反應）。該酶的酶促反應方向受CO2和O2相對濃度的影響。與水稻相比，玉米葉肉細胞緊密圍繞維管束鞘，其中葉肉細胞葉綠體是水光解的主要場所，維管束鞘細胞的葉綠體主要與ATP生成有關。玉米的暗反應先在葉肉細胞中利用PEPC酶（PEPC對CO2的Km為7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）與CO2反應生成C4,固定產物C4轉運到維管束鞘細胞后釋放CO2,再進行卡爾文循環。回答下列問題：
(1)玉米的卡爾文循環中第一個光合還原產物是 （填具體名稱）,該產物跨葉綠體膜轉運到細胞質基質合成 （填"葡萄糖""蔗糖"或"淀粉"）后，再通過 長距離運輸到其他組織器官。
(2)在干旱、高光照強度環境下，玉米的光合作用強度 （填"高于"或"低于"）水稻。從光合作用機制及其調控分析，原因是 （答出三點即可）。
(3)某研究將藍細菌的CO2濃縮機制導入水稻，水稻葉綠體中CO2濃度大幅提升，其他生理代謝不受影響，但在光飽和條件下水稻的光合作用強度無明顯變化。其原因可能是
（答出三點即可）。
【答案】
(1) 3-磷酸甘油醛 蔗糖 維管組織
(2) 高于 高光照條件下玉米可以將光合產物及時轉移；玉米的PEPC酶對CO2的親和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通過PEPC酶生成C4，使維管束鞘內的CO2濃度高于外界環境，抑制玉米的光呼吸
(3)酶的活性達到最大，對CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物質含量的限制；原核生物和真核生物光合作用機制有所不同
【分析】本題主要考查的光合作用過程中的暗反應階段，也就是卡爾文循環，綠葉通過氣孔從外界吸收的 CO2，在特定酶的作用下，與 C5（一種五碳化合物）結合，這個過程稱作 CO2 的固定。一分子的 CO2 被固定后，很快形成兩個 C3 分子。在有關酶的催化作用下，C3 接受 ATP 和 NADPH 釋放的能量，并且被 NADPH 還原。隨后，一些接受能量并被還原的 C3，在酶的作用下經過一系列的反應轉化為糖類；另一些接受能量并被還原的 C3，經過一系列變化，又形成 C5。這些 C5 又可以參與 CO2 的固定。這樣，暗反應階段就形成從 C5 到 C3再到 C5 的循環，可以源源不斷地進行下去，因此暗反應過程也稱作卡爾文循環。
【詳解】
（1）玉米的光合作用過程與水稻相比，雖然CO2的固定過程不同，但其卡爾文循環的過程是相同的，結合水稻的卡爾文循環圖解，可以看出CO2固定的直接產物是3-磷酸甘油酸，然后直接被還原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在葉綠體中被轉化成淀粉，在葉綠體外被轉化成蔗糖，蔗糖是植物長距離運輸的主要糖類，蔗糖在長距離運輸時是通過維管組織。
（2）干旱、高光強時會導致植物氣孔關閉，吸收的CO2減少，而玉米的PEPC酶對CO2的親和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通過PEPC酶生成C4，使維管束鞘內的CO2濃度高于外界環境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能將葉綠體內的光合產物通過維管組織及時轉移出細胞。因此在干旱、高光照強度環境下，玉米的光合作用強度高于水稻。
（3）將藍細菌的CO2濃縮機制導入水稻葉肉細胞，只是提高了葉肉細胞內的CO2濃度，而植物的光合作用強度受到很多因素的影響；在光飽和條件下如果光合作用強度沒有明顯提高，可能是水稻的酶活性達到最大，對CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物質含量的限制，也可能是因為藍細菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用機制有所不同。
一、光呼吸現象產生的分子機制是O2和CO2競爭Rubisco酶。在暗反應中, Rubisco酶能夠以CO2為底物實現CO2的固定;在光下,當O2濃度高、CO2濃度低時,O2會競爭Rubisco酶,在光的驅動下將碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一個高耗能的反應,正常生長條件下光呼吸就可損耗掉光合產物的25%~30%。過程如圖所示:
【總結】光呼吸與光合作用的關系
①與光呼吸有直接關系的細胞器為葉綠體、線粒體。光呼吸產生的條件是光照、高O2含量和低CO2含量等。
②在干旱天氣和過強光照下，因為溫度很高，蒸騰作用很強，氣孔大量關閉。此時的光呼吸可以消耗光反應階段生成的多余的NADPH和ATP，又可以為暗反應階段提供原料，因此光呼吸對植物有重要的正面意義。
二、C4植物(如玉米)的葉片結構和光合作用過程
C4植物的葉片結構
C4途徑的生物學意義在于,熱帶植物為了防止水分過度蒸發,常常關閉葉片上的氣孔,這樣空氣中的CO2就不易進入葉肉細胞,不能滿足光合作用對CO2的需求;而C4途徑中能固定CO2的PEP羧化酶對CO2有很高的親和力,使葉肉細胞能有效地固定和濃縮CO2,供維管束鞘細胞中葉綠體內的C3途徑利用。玉米植株中固定CO2的酶的能力要遠遠強于水稻植株中相應的酶,因此玉米的光合效率大于水稻,特別是在低CO2濃度下,這種差別更為明顯。
【總結】
①玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，適于在高溫、干燥和強光的條件下生長。
②C4植物葉肉細胞的葉綠體有類囊體能進行光反應，同時CO2被整合到C4化合物中，隨后C4化合物進入維管束鞘細胞，維管束鞘細胞中沒有完整的葉綠體，C4化合物釋放出的CO2參與卡爾文循環，進而生成有機物。
③PEP羧化酶被形象地稱為“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有較強光合作用(特別是在高溫、光照強烈、干旱條件下)能力，并且無光合午休現象。
三、景天科植物為多年生肉質草本植物,是典型的旱生植物,其氣孔下陷,可減少蒸騰作用。與普通植物相比,景天科植物具有一種特殊的CO2固定方式——夜間氣孔開放,白天氣孔關閉。夜間大氣中CO2從氣孔進入,被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化,與PEP結合形成草酰乙酸(OAA),再經蘋果酸脫氫酶作用還原為蘋果酸,貯存于液泡中。白天,蘋果酸從液泡中釋放出來,經脫羧酶作用形成CO2和丙酮酸,CO2產生后用于卡爾文循環。
【總結】
①仙人掌、菠蘿和許多肉質植物都進行這種類型的光合作用。這類植物特別適合生長于干旱地區，其特點是氣孔夜間開放，白天關閉。
②該類植物夜間吸收CO2，淀粉經糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，CO2與PEP結合，生成草酰乙酸，進一步還原為蘋果酸儲存在液泡中。而白天氣孔關閉，蘋果酸轉移到細胞質基質中脫羧，放出CO2，進入C3途徑合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再還原成三碳糖，最后合成淀粉或者轉移到線粒體，進一步氧化釋放CO2，又可進入C3途徑。
③該類植物葉肉細胞夜間淀粉減少，蘋果酸增加，細胞液pH下降；白天淀粉增加，蘋果酸減少，細胞液pH上升。
光呼吸可使大豆、水稻和小麥等作物的光合效率降低20%至50%，造成產量損失。光呼吸是由于O2競爭性地結合到卡爾文循環關鍵酶Rubisco酶上，引起核酮糖1，5二磷酸（C5）加氧分解。下圖1表示葉肉細胞中有關代謝，其中②、④、⑧、⑨代表光呼吸過程。請據圖回答下列問題：
在紅光照射條件下，參與途徑①的主要色素是 ；Rubisco酶主要分布在
中，催化CO2與C5結合，生成2分子C3。
(2)當環境中O2與CO2含量比值 （填“偏高”或“偏低”）時，葉片容易發生光呼吸。
(3)從能量代謝分析，光呼吸與有氧呼吸最大的區別是 。
(4)水稻、小麥屬于C3植物，而高粱、玉米屬于C4植物，其特有的C4途徑如圖2所示。根據圖中信息推測，PEP羧化酶比Rubisco酶對CO2的親和力 ，使得維管束鞘細胞的CO2濃度比葉肉細胞 ，進一步推測C4植物光呼吸比C3植物 。
(5)根據對光呼吸機理的研究，科研人員利用基因編輯手段設計了只在葉綠體中完成的光呼吸替代途徑AP（依然具有降解乙醇酸產生CO2的能力）。同時利用RNA干擾技術，降低葉綠體膜上乙醇酸轉運蛋白的表達量。檢測三種不同類型植株的光合速率，實驗結果如圖3所示。
據此回答：三種類型植株中，AP+RNA干擾型光合速率最高的原因可能是：
，進而促進光合作用過程。
【答案】
(1) 葉綠素和類胡蘿卜素 葉綠體基質
(2)偏高
(3)光呼吸消耗ATP，有氧呼吸產生ATP
(4) 更強 更高 更低
(5)乙醇酸轉運蛋白減少，葉綠體內乙醇酸濃度高，在葉綠體內的CO2濃度更高
【分析】據圖1可知，光呼吸過程O2競爭性地結合到卡爾文循環關鍵酶Rubisco上，引起核酮糖-1，5二磷酸（C5）加氧分解，2-磷酸甘油酸，再轉變成乙醇酸，乙醇酸被氧化，形成二氧化碳再釋放出去，這是一個相當復雜的過程，這一系列反應是在三種細胞器中完成的，它們分別是葉綠體、過氧化物體以及線粒體。
【詳解】
（1）葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，在紅光照射條件下，參與途徑①水光解過程的主要色素是葉綠素和類胡蘿卜素，Rubisco酶參與暗反應階段（卡爾文循環），故Rubisco酶主要分布在葉綠體基質中。
（2）環境中O2與CO2含量比值會影響光呼吸過程，當環境中O2與CO2含量比值偏高時，O2競爭性地結合到卡爾文循環關鍵酶Rubisco上，葉片容易發生光呼吸。
（3）光呼吸與有氧呼吸最大的區別是光呼吸需要消耗ATP，有氧呼吸能產生ATP。
（4）據圖2可知，CO2的濃度較低時也能發生C4途徑，故PEP羧化酶比Rubisco酶對CO2的親和力更強，使得維管束鞘細胞的CO2濃度比葉肉細胞更高，光合作用強，且C4植物光呼吸比C3植物更低。
（5） 據圖3可知，當胞間CO2濃度較高時，三種類型植株中，AP＋RNA干擾型光合速率最高的原因可能是乙醇酸轉運蛋白減少，葉綠體內乙醇酸濃度高、AP途徑能夠更快速高效地降解乙醇酸產生CO2造成的，進而促進該植物光合作用過程。
1．（2023全國乙）植物的氣孔由葉表皮上兩個具有特定結構的保衛細胞構成。保衛細胞吸水體積膨大時氣孔打開，反之關閉，保衛細胞含有葉綠體，在光下可進行光合作用。已知藍光可作為一種信號促進保衛細胞逆濃度梯度吸收K ．有研究發現，用飽和紅光（只用紅光照射時，植物達到最大光合速率所需的紅光強度）照射某植物葉片時，氣孔開度可達最大開度的60%左右。回答下列問題。
(1)氣孔的開閉會影響植物葉片的蒸騰作用、 （答出2點即可）等生理過程。
(2)紅光可通過光合作用促進氣孔開放，其原因是
。
(3)某研究小組發現在飽和紅光的基礎上補加藍光照射葉片，氣孔開度可進一步增大，因此他們認為氣孔開度進一步增大的原因是，藍光促進保衛細胞逆濃度梯度吸收K＋。請推測該研究小組得出這一結論的依據是 。
(4)已知某種除草劑能阻斷光合作用的光反應，用該除草劑處理的葉片在陽光照射下氣孔 （填“能”或“不能”）維持一定的開度。
【答案】
(1)光合作用和呼吸作用
(2)葉綠體中的葉綠素對紅光有較高的吸收峰值，紅光照射下保衛細胞進行光合作用制造有機物，使保衛細胞的滲透壓上升，細胞吸水膨脹，氣孔開放
(3)藍光作為信號能促進保衛細胞逆濃度梯度吸收K＋，使保衛細胞滲透壓上升，細胞吸水膨脹，氣孔張開
(4)能
【分析】
1、葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。
2、氣孔既是CO2進出的場所，也是蒸騰作用的通道，氣孔張開既能增加蒸騰作用強度，又能保障CO2供應，使光合作用正常進行。
【詳解】
（1）氣孔是植物體與外界氣體交換的通道，光合作用、呼吸作用與蒸騰作用中氧氣、二氧化碳和水蒸氣都是經過氣孔進出植物葉肉細胞的，故氣孔開閉影響植物的光合作用、呼吸作用和蒸騰作用等生理過程。
（2）葉綠素主要吸收紅光和藍紫光。紅光照射下保衛細胞進行光合作用制造的有機物，使細胞的滲透壓，促進保衛細胞吸水，細胞體積膨漲，氣孔開放。
（3）題中顯示，藍光可作為一種信號促進保衛細胞逆濃度梯度吸收K+，提高了細胞的滲透壓，保衛細胞吸水能力增強，體積膨大，氣孔開放，因此，在飽和紅光的基礎上補加藍光照射葉片，氣孔開度可進一步增大。
（4）保衛細胞滲透壓的調節有光合作用產生有機物的因素，還有非光合作用因素----藍光照射引起鉀離子的吸收。所以當光合作用被阻斷，鉀離子在藍光的調節下仍可以進入細胞，提高細胞的滲透壓，引起細胞吸水，氣孔維持一定開度。
2．（2023海南卷）海南是我國火龍果的主要種植區之一、由于火龍果是長日照植物，冬季日照時間不足導致其不能正常開花，在生產實踐中需要夜間補光，使火龍果提前開花，提早上市。某團隊研究了同一光照強度下，不同補光光源和補光時間對火龍果成花的影響，結果如圖。

回答下列問題。
(1)光合作用時，火龍果植株能同時吸收紅光和藍光的光合色素是 ；用紙層析法分離葉綠體色素獲得的4條色素帶中，以濾液細線為基準，按照自下而上的次序，該光合色素的色素帶位于第 條。
(2)本次實驗結果表明，三種補光光源中最佳的是 ，該光源的最佳補光時間是 小時/天，判斷該光源是最佳補光光源的依據是 。
(3)現有可促進火龍果增產的三種不同光照強度的白色光源，設計實驗方案探究成花誘導完成后提高火龍果產量的最適光照強度（簡要寫出實驗思路）。
【答案】
(1) 葉綠素（或葉綠素a和葉綠素b） 一和二
(2) 紅光+藍光 6 不同的補光時間條件下，紅光+藍光光源組平均花朵數均最多
(3)三組長勢相同，成花誘導完成的火龍果植株，經不同光照強度的白光處理相同時間到果實成熟時(其他條件相同且適宜)，分別測量不同組火龍果產量，產量最高的組的光線對應最適光線強度
【分析】
1、光合色素的提取和分離實驗中，用紙層析法分離葉綠體色素的原理為，不同的色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢，分離后獲得4條色素帶，由下到上分別為葉綠素b（黃綠色）、葉綠素a（藍綠色）、葉黃素（黃色）、胡蘿卜素（橙黃色），其中葉綠素a和葉綠素b統稱為葉綠素，主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素統稱為類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。
2、分析題圖，補光時間為6小時/天，且紅光+藍光組平均花朵數最多，即在此條件下最有利于火龍果成花。
【詳解】
（1）火龍果植株能同時吸收紅光和藍光的光合色素是葉綠素a和葉綠素b，二者統稱為葉綠素。用紙層析法分離葉綠體色素獲得的4條色素帶中，以濾液細線為基準，按照自下而上的次序，該光合色素的色素帶位于第一條和第二條。
（2）根據實驗結果，三種補光光源中最佳的是紅光+藍光，因為在不同補光時間條件下，紅光+藍光組平均花朵數都最多，該光源的補光時間是6小時/天時，平均花朵數最多，所以最佳補光時間是6小時/天。
（3）本實驗要求對三種不同光照強度的白色光源，探究成花誘導完成后提高火龍果產量的最適光照強度，所以將生長狀況相同的火龍果分三組，成花誘導完成后，經不同光照強度的白光處理相同時間到果實成熟時(其他條件相同且適宜)，分別測量不同組火龍果產量，產量最高的組的光線對應最適光線強度。
3．（2023江蘇）氣孔對植物的氣體交換和水分代謝至關重要，氣孔運動具有復雜的調控機制。圖1所示為葉片氣孔保衛細胞和相鄰葉肉細胞中部分的結構和物質代謝途徑。①~④表示場所。請回答下列問題：

(1)光照下，光驅動產生的NADPH主要出現在 （從①~④中選填）；NADPH可用于CO2固定產物的還原，其場所有 （從①~④中選填）。液泡中與氣孔開閉相關的主要成分有H2O、 （填寫2種）等。
(2)研究證實氣孔運動需要ATP，產生ATP的場所有 （從①~④中選填）。保衛細胞中的糖分解為PEP，PEP再轉化為 進入線粒體，經過TCA循環產生的 最終通過電子傳遞鏈氧化產生ATP。
(3)藍光可刺激氣孔張開，其機理是藍光激活質膜上的AHA，消耗ATP將H+泵出膜外，形成跨膜的 ，驅動細胞吸收K+等離子。
(4)細胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并進一步轉化成Mal，使細胞內水勢下降（溶質濃度提高），導致保衛細胞 ，促進氣孔張開。
(5)保衛細胞葉綠體中的淀粉合成和分解與氣孔開閉有關，為了研究淀粉合成與細胞質中ATP的關系，對擬南芥野生型WT和NTT突變體ntt1（葉綠體失去運入ATP的能力）保衛細胞的淀粉粒進行了研究，其大小的變化如圖2．下列相關敘述合理的有______。

A．淀粉大量合成需要依賴呼吸作用提供ATP
B．光照誘導WT氣孔張開與葉綠體淀粉的水解有關
C．光照條件下突變體ntt1幾乎不能進行光合作用
D．長時間光照可使WT葉綠體積累較多的淀粉
【答案】
(1) ④ ①④ K+等無機離子、蘋果酸（Mal）等有機酸
(2) ①②④ 丙酮酸 NADH
(3)氫離子電化學勢能
(4)吸水膨脹（或吸水或膨脹）
(5)ABD
【分析】題圖分析，圖中①表示細胞質基質，②表示線粒體，③表示液泡，④為葉綠體。
【詳解】
（1）光照下，光驅動產生的NADPH主要出現在④葉綠體中；NADPH可用于CO2固定產物的還原，據圖可知，OAA的還原也需要NADPH的參與，NADPH用于CO2固定產物還原的場所有①④。液泡中與氣孔開閉相關的主要成分有H2O、鉀離子等無機鹽離子和Mal等有機酸，其中鉀離子和Mal影響細胞液的滲透壓，進而影響保衛細胞的吸水力，影響氣孔的開閉。
（2）研究證實氣孔運動需要ATP，葉綠體可通過光反應產生ATP，細胞呼吸的場所是細胞質基質和線粒體，因此產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體，即圖中的①②④。保衛細胞中的糖分解為PEP，PEP再轉化為丙酮酸進入線粒體參與有氧呼吸的第二、三階段，經過TCA循環產生的NADH最終通過電子傳遞鏈氧化產生ATP，即有氧呼吸的第三階段。
（3）藍光可刺激氣孔張開，其機理是藍光激活質膜上的AHA，消耗ATP將H+泵出膜外，形成跨膜的氫離子濃度梯度，并提供電化學勢能驅動細胞吸收K+等離子，進而提高細胞液濃度，促進細胞吸水，進而表現為氣孔張開。
（4）細胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并進一步轉化成Mal，進入到細胞液中，使細胞內水勢下降（溶質濃度提高），導致保衛細胞吸水膨脹，促進氣孔張開。
（5）A、結合圖示可知，黑暗時突變體ntt1淀粉粒面積遠小于WT，突變體ntt1葉綠體失去運入ATP的能力，據此推測保衛細胞淀粉大量合成需要依賴呼吸作用提供ATP ，A正確；
B、保衛細胞葉綠體中的淀粉合成和分解與氣孔開閉有關，結合圖1可以看出，光照條件會促進保衛細胞淀粉粒的水解，光照誘導WT氣孔張開與葉綠體淀粉的水解有關，B正確；
C、NTT突變體ntt1葉綠體失去運入ATP的能力，光照條件下突變體ntt1保衛細胞的的淀粉粒幾乎無變化，不能說明該突變體不能進行光合作用，C錯誤；
D、結合圖示可以看出，較長時間光照可使WT葉綠體面積增大，因而推測，積累較多的淀粉，D正確。
故選ABD.。
4．（2023·河北·統考高考真題）擬南芥發育早期的葉肉細胞中，未成熟葉綠體發育所需ATP須借助其膜上的轉運蛋白H由細胞質基質進入。發育到一定階段，葉肉細胞H基因表達量下降，細胞質基質ATP向成熟葉綠體轉運受阻。
回答下列問題：
(1)未成熟葉綠體發育所需ATP主要在 合成，經細胞質基質進入葉綠體。
(2)光照時，葉綠體類囊體膜上的色素捕獲光能，將其轉化為ATP和 中的化學能，這些化學能經 階段釋放并轉化為糖類中的化學能。
(3)研究者通過轉基因技術在葉綠體成熟的葉肉細胞中實現H基因過量表達，對轉H基因和非轉基因葉肉細胞進行黑暗處理，之后檢測二者細胞質基質和葉綠體基質中ATP相對濃度，結果如圖。相對于非轉基因細胞，轉基因細胞的細胞質基質ATP濃度明顯 。據此推測，H基因的過量表達造成細胞質基質ATP被 （填“葉綠體”或“線粒體”）大量消耗，細胞有氧呼吸強度 。

(4)綜合上述分析，葉肉細胞通過下調 阻止細胞質基質ATP進入成熟的葉綠體，從而防止線粒體 ，以保證光合產物可轉運到其他細胞供能。
【答案】
(1)線粒體（或“線粒體內膜”）
(2) NADPH（或“還原型輔酶Ⅱ”） 暗反應（或“卡爾文循環”）
(3) 降低 葉綠體 升高
(4) H基因表達（或“H蛋白數量”） 過多消耗光合產物（或“有氧呼吸增強”）
【分析】由題干可知，擬南芥發育早期的葉肉細胞中，未成熟葉綠體發育需要來自細胞質基質的ATP，ATP是細胞中的直接能源物質，主要細胞呼吸和光合作用產生，其中細胞呼吸產生的ATP可以用于各種生命活動，因此未成熟的葉綠體發育所需的ATP來自細胞呼吸，細胞有氧呼吸產生大量ATP，有氧呼吸的場所主要在線粒體，因此細胞線粒體產生大量ATP通過葉綠體膜上的H蛋白轉運至葉綠體促進其發育。待葉綠體發育成熟，H基因表達量下降，細胞有氧呼吸產生的ATP向葉綠體轉運受阻，ATP可用于其他的生命活動，避免有機物的過度消耗。
【詳解】
（1）由題干可知，擬南芥幼苗葉肉細胞的葉綠體仍在發育且時，消耗的ATP主要來自自身線粒體。線粒體通過有氧呼吸為細胞提供生命活動所需的大約95%的能量。線粒體中能夠大量合成ATP的化學反應在線粒體內膜上進行。
（2）在植物光合作用的光反應階段，光能被光合色素捕獲后，轉化為儲存在ATP和NADPH中的化學能。在暗反應階段ATP和NADPH中的化學能再進一步轉化固定到糖類等有機物中。
（3）由圖可知，葉綠體成熟的非轉基因葉肉細胞中H基因表達下調，細胞質基質ATP濃度遠高于葉綠體基質。H基因過表達后，細胞質基質中ATP含量下降，且葉綠體基質中ATP含量未顯著升高，表明葉綠體消耗了從細胞質基質中轉入的ATP。推測，H基因過表達后，大量的ATP轉運至葉綠體中被消耗，細胞需代償性提高線粒體呼吸強度，以補充細胞質基質中的ATP。
（4）由題分析可知，ATP由細胞質基質向葉綠體轉運過程中，H轉運蛋白的數量是限制運輸速率的一個主要因素。葉綠體成熟的葉肉細胞中H基因的表達下調，H轉運蛋白的數量減少，進而ATP向葉綠體的流入被有效阻止，細胞質基質ATP可保持正常生理水平，從而避免了線粒體呼吸作用的額外增強、過多消耗光合產物，保證光合產物能被轉運到其他細胞供能。
5.（2023全國甲）某同學將從菠菜葉中分離到的葉綠體懸浮于緩沖液中，給該葉綠體懸浮液照光后糖產生。回答下列問題。
(1)葉片是分離制備葉綠體的常用材料，若要將葉肉細胞中的葉綠體與線粒體等其他細胞器分離，可以采用的方法是 （答出1種即可）。葉綠體中光合色素分布 上，其中類胡蘿卜素主要吸收 （填“藍紫光”“紅光”或“綠光”）。
(2)將葉綠體的內膜和外膜破壞后，加入緩沖液形成懸浮液，發現黑暗條件下懸浮液中不能產生糖，原因是
。
(3)葉片進行光合作用時，葉綠體中會產生淀粉。請設計實驗證明葉綠體中有淀粉存在，簡要寫出實驗思路和預期結果。
【答案】
(1) 差速離心 類囊體（薄）膜 藍紫光
(2)懸液中具有類囊體膜以及葉綠體基質暗反應相關的酶，但黑暗條件下，光反應無法進行，暗反應沒有光反應提供的原料ATP和NADPH，所以無法形成糖類。
(3)思路：將生長狀況良好且相同的植物葉片分為甲乙兩組，兩組植物應均進行饑餓處理（置于黑暗中一段時間消耗有機物），甲組放置在有光條件下，乙組放置在其他環境相同的黑暗狀態下，一段時間后，用差速離心法提取出甲乙兩組的葉綠體，脫綠后制作成勻漿，分別加入碘液后觀察。結果：甲組勻漿出現藍色，有淀粉產生；乙組無藍色出現，無淀粉產生。
【分析】葉綠體中的光合色素分布在類囊體膜上，光合色素葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。
【詳解】
（1）植物細胞器的分離方法可用差速離心法，葉綠體中的光合色素分布在類囊體膜上，光合色素葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。
（2）光合作用光反應和暗反應同時進行，黑暗條件下無光，光反應不能進行，無法為暗反應提供原料ATP和NADPH，暗反應無法進行，產物不能生成。
（3）要驗證葉綠體中有光合作用產物淀粉，需要將葉綠體提取出來并檢測其中淀粉。因此將生長狀況良好且相同的植物葉片分為甲乙兩組，先進行饑餓處理，排除原有淀粉的干擾。之后甲組放置在有光條件下，乙組放置在其他環境相同的黑暗狀態下，一段時間后，用差速離心法提取出甲乙兩組的葉綠體，需要脫綠處理，制作成勻漿，分別加入碘液后觀察。
預期的結果：甲組勻漿出現藍色，有淀粉產生；乙組無藍色出現，無淀粉產生。
6．（2023·遼寧·統考高考真題）花生抗逆性強，部分品種可以在鹽堿土區種植。下圖是四個品種的花生在不同實驗條件下的葉綠素含量相對值（SPAD）（圖1）和凈光合速率（圖2）。回答下列問題：

(1)花生葉肉細胞中的葉綠素包括 ，主要吸收 光，可用 等有機溶劑從葉片中提取。
(2)鹽添加量不同的條件下，葉綠素含量受影響最顯著的品種是 。
(3)在光照強度為500μmol·m2·s 、無NaCl添加的條件下，LH12的光合速率 （填“大于”“等于”或“小于"）HH1的光合速率，判斷的依據是 。在光照強度為1500μmolm2·s-1、NaCl添加量為3．0g·kg 的條件下，HY25的凈光合速率大于其他三個品種的凈光合速率，原因可能是HY25的 含量高，光反應生成更多的 ，促進了暗反應進行。
(4)依據圖2，在中鹽（2．0g·kg-1）土區適宜選擇種植 品種。
【答案】
(1) 葉綠素a和葉綠素b 紅光和藍紫 無水乙醇
(2)HH1
(3) 大于 在光照強度為500μmol·m2·s 、無NaCl添加的條件下，LH12的凈光合速率和HH1的凈光合速率相同，但由于前者的呼吸速率大于后者，且總光合速率等于凈光合速率和呼吸速率之和， 葉綠素 ATP和NADPH
(4)LH12
【分析】綠葉中色素的提取和分離實驗，提取色素時需要加入無水乙醇（溶解色素）、石英砂（使研磨更充分）和碳酸鈣（防止色素被破壞）；分離色素時采用紙層析法，原理是色素在層析液中的溶解度不同，隨著層析液擴散的速度不同，最后的結果是觀察到四條色素帶，從上到下依次是胡蘿卜素（橙黃色）、葉黃素（黃色）、葉綠素a（藍綠色）、葉綠素b（黃綠色）。
【詳解】（1）花生葉肉細胞中的葉綠素包括葉綠素a和葉綠素b，主要吸收紅光和藍紫光，可用無水乙醇等有機溶劑從葉片中提取，因為葉片中的色素能溶解到有機溶劑中。
（2）結合圖1實驗結果可以看出，鹽添加量不同的條件下，葉綠素含量受影響最顯著的品種是HH1，因為該品種的葉綠素含量受鹽濃度變化影響更顯著。　
（3）在光照強度為500μmol·m-2·s-1、無NaCl添加的條件下，LH12的凈光合速率和HH1的凈光合速率相同，但由于前者的呼吸速率大于后者，且總光合速率等于凈光合速率和呼吸速率之和，因此可以判斷，LH12的光合速率大于HH1的光合速率。在光照強度為1500μmolm-2·s-1、NaCl添加量為3．0g·kg 的條件下，HY25的凈光合速率大于其他三個品種的凈光合速率，原因可能是HY25的葉綠素含量高與其他三個品種，光反應生成更多的ATP和NADPH，進而促進了暗反應進行，提高了光合速率。
（4）根據圖2數據可知，在中鹽（2．0g·kg-1）土區適宜選擇種植LH12品種，因為該條件下，該品種的凈光合速率更大，說明產量更高，因而更適合在該地區種植。
7.（2023·山東·高考真題）當植物吸收的光能過多時，過剩的光能會對光反應階段的PSⅡ復合體（PSⅡ）造成損傷，使PSⅡ活性降低，進而導致光合作用強度減弱。細胞可通過非光化學淬滅（NPQ）將過剩的光能耗散，減少多余光能對PSⅡ的損傷。已知擬南芥的H蛋白有2個功能：①修復損傷的PSⅡ；②參與NPQ的調節。科研人員以擬南芥的野生型和H基因缺失突變體為材料進行了相關實驗，結果如圖所示。實驗中強光照射時對野生型和突變體光照的強度相同，且強光對二者的PSⅡ均造成了損傷。

(1)該實驗的自變量為 。該實驗的無關變量中，影響光合作用強度的主要環境因素有 （答出2個因素即可）。
(2)根據本實驗， （填“能”或“不能”）比較出強光照射下突變體與野生型的PSⅡ活性強弱，理由是 。
(3)據圖分析，與野生型相比，強光照射下突變體中流向光合作用的能量 （填“多”或“少”）。若測得突變體的暗反應強度高于野生型，根據本實驗推測，原因是 。
【答案】
(1) 光、H蛋白 CO2濃度、溫度
(2) 不能 突變體PSⅡ系統光損傷小但不能修復，野生型光PSⅡ系統損傷大但能修復
(3) 少 突變體PNQ高，PSⅡ系統損傷小，雖然損傷不能修復，但是PSⅡ活性高，光反應產物多
【分析】光合作用過程：
（1）光反應場所在葉綠體類囊體薄膜，發生水的光解、ATP和NADPH的生成；
（2）暗反應場所在葉綠體的基質，發生CO2的固定和C3的還原，消耗ATP和NADPH。
【詳解】
（1）據題意擬南芥的野生型和H基因缺失突變體為材料進行了相關實驗，實驗中強光照射時對野生型和突變體光照的強度相同，結合題圖分析實驗的自變量有光照、H蛋白；影響光合作用強度的主要環境因素有CO2濃度、溫度、水分等。
（2）據圖分析，強光照射下突變體的NPQ/相對值比野生型的NPQ/相對值高，能減少強光對PSⅡ復合體造成損傷。但是野生型含有H蛋白，能對損傷后的PSⅡ進行修復，故不能確定強光照射下突變體與野生型的PSⅡ活性強弱。
（3）據圖分析，強光照射下突變體中NPQ/相對值，而NPQ能將過剩的光能耗散，從而使流向光合作用的能量減少；突變體的NPQ強度大，能夠減少強光對PSII的損傷且減少作用大于野生型H蛋白的修復作用，這樣導致突變體的PSⅡ活性高，能為暗反應提供較多的NADPH和ATP促進暗反應進行，因此突變體的暗反應強度高于野生型。
8．（2022·全國甲·高考真題）根據光合作用中CO2的固定方式不同，可將植物分為C3植物和C4植物等類型。C4植物的CO2補償點比C3植物的低。CO2補償點通常是指環境CO2濃度降低導致光合速率與呼吸速率相等時的環境CO2濃度。回答下列問題。
(1)不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反應階段的產物是相同的，光反應階段的產物是
（答出3點即可）。
(2)正常條件下，植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位，原因是 （答出1點即可）。
(3)干旱會導致氣孔開度減小，研究發現在同等程度干旱條件下，C4植物比C3植物生長得好。從兩種植物CO2補償點的角度分析，可能的原因是 。
【答案】(1)O2、[H]和ATP
(2)自身呼吸消耗或建造植物體結構
(3)C4植物的CO2補償點低于C3植物，C4植物能夠利用較低濃度的CO2
【分析】光合作用包括光反應和暗反應兩個階段：（1）光合作用的光反應階段（場所是葉綠體的類囊體膜上）：水的光解產生[H]與氧氣，以及ATP的形成；（2）光合作用的暗反應階段（場所是葉綠體的基質中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反應提供的ATP和[H]的作用下還原生成糖類等有機物是指綠色植物通過葉綠體，利用光能把二氧化碳和水轉變成儲存著能量的有機物，并釋放出氧氣的過程。
【詳解】（1）光合作用光反應階段的場所是葉綠體的類囊體膜上，光反應發生的物質變化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反應階段生成的產物有O2、[H]和ATP。
（2）葉片光合作用產物一部分用來建造植物體結構和自身呼吸消耗，其余部分被輸送到植物體的儲藏器官儲存起來。故正常條件下，植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位。
（3）C4植物的CO2固定途徑有C4和C3途徑，其主要的CO2固定酶是PEPC，Rubisco；而C3植物只有C3途徑，其主要的CO2固定酶是Rubisco。干旱會導致氣孔開度減小，CO2吸收減少；由于C4植物的CO2補償點低于C3植物，則C4植物能夠利用較低濃度的CO2，因此光合作用受影響較小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生長得好。
9．（2023·浙江·統考高考真題）植物工廠是一種新興的農業生產模式，可人工控制光照、溫度、CO2濃度等因素。不同光質配比對生菜幼苗體內的葉綠素含量和氮含量的影響如圖甲所示，不同光質配比對生菜幼苗干重的影響如圖乙所示。分組如下：CK組（白光）、A組（紅光：藍光=1：2）、B組（紅光：藍光=3：2）、C組（紅光：藍光=2：1），每組輸出的功率相同。

回答下列問題：
(1)光為生菜的光合作用提供 ，又能調控生菜的形態建成。生菜吸收營養液中含氮的離子滿足其對氮元素需求，若營養液中的離子濃度過高，根細胞會因 作用失水造成生菜萎蔫。
(2)由圖乙可知，A、B、C組的干重都比CK組高，原因是 。由圖甲、圖乙可知，選用紅、藍光配比為 ，最有利于生菜產量的提高，原因是
。
(3)進一步探究在不同溫度條件下，增施CO2對生菜光合速率的影響，結果如圖丙所示。由圖可知，在25℃時，提高CO2濃度對提高生菜光合速率的效果最佳，判斷依據是 。植物工廠利用秸稈發酵生產沼氣，冬天可燃燒沼氣以提高CO2濃度，還可以 ，使光合速率進一步提高，從農業生態工程角度分析，優點還有 。
【答案】
(1) 能量 滲透
(2) 光合色素主要吸收紅光和藍紫光 紅光：藍光=3：2 葉綠素和含氮物質的含量最高,光合作用最強
(3) 光合速率最大且增加值最高
升高溫度 減少環境污染，實現能量多級利用和物質循環再生
【分析】影響光合作用的因素有溫度、光照強度、二氧化碳濃度、葉綠素的含量，酶的含量和活性等。
【詳解】（1）植物進行光合作用需要在光照下進行，光為生菜的光合作用提供能量，又能作為信號調控生菜的形態建成。生菜吸收營養液中含氮的離子滿足其對氮元素需求，若營養液中的離子濃度過高，造成外界溶液濃度高于細胞液濃度，根細胞會因滲透作用失水使植物細胞發生質壁分離，造成生菜萎蔫。
（2）分析圖乙可知，與CK組相比，A、B、C組的干重都較高。結合題意可知，CK組使用的是白光照射，而A、B、C組使用的是紅光和藍紫光，光合色素主要吸收紅光和藍紫光，故A、B、C組吸收的光更充分，光合作用速率更高，積累的有機物含量更高，植物干重更高。由圖乙可知，當光質配比為B組（紅光：藍光=3：2）時，植物的干重最高；結合圖甲可知，B組植物葉綠素和氮含量都比A組（紅光：藍光=1：2）、C組（紅光：藍光=2：1）高，有利于植物充分吸收光能用于光合作用，即B組植物的光合作用速率大于A組（紅光：藍光=1：2）、C組（紅光：藍光=2：1）兩組，有機物積累量最高，植物干重最大，最有利于生菜產量的增加。
（3）由圖可知，在25℃時，提高CO2濃度時光合速率增幅最高，因此，在25℃時，提高CO2濃度對提高生菜光合速率的效果最佳。植物工廠利用秸稈發酵生產沼氣，冬天可燃燒沼氣以提高CO2濃度，還可以升高溫度，使光合作用有關的酶活性更高，使光合速率進一步提高。從農業生態工程角度分析，優點還有減少環境污染，實現能量多級利用和物質循環再生等。
10．（2021·全國·高考真題）生活在干旱地區的一些植物（如植物甲）具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用。回答下列問題：
（1）白天葉肉細胞產生ATP的場所有 。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和 釋放的CO2。
（2）氣孔白天關閉、晚上打開是這類植物適應干旱環境的一種方式，這種方式既能防止 ，又能保證 正常進行。
（3）若以pH作為檢測指標，請設計實驗來驗證植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式。 （簡要寫出實驗思路和預期結果）
【答案】
細胞質基質、線粒體、葉綠體（類囊體薄膜） 細胞呼吸
蒸騰作用丟失大量水分 光合作用（暗反應）
實驗思路：取若干生理狀態相同的植物甲，平均分為A、B兩組并于夜晚測定其細胞液pH值。將A組置于干旱條件下培養，B組置于水分充足的條件下培養，其它條件保持相同且適宜。一段時間后，分別測定A、B兩組植物夜晚細胞液的pH值并記錄。
預期結果：A組pH值小于B組，且B組pH值實驗前后變化不大，說明植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式。
【分析】據題可知，植物甲生活在干旱地區，為降低蒸騰作用減少水分的散失，氣孔白天關閉、晚上打開。白天氣孔關閉時：液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用，光合作用生成的氧氣和有機物可用于細胞呼吸，白天能產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體和葉綠體；而晚上雖然氣孔打開，但由于無光照，葉肉細胞只能進行呼吸作用，能產生ATP的場所有細胞質基質和線粒體。
【詳解】
（1）白天有光照，葉肉細胞能利用液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2進行光合作用，也能利用光合作用產生的氧氣和有機物進行有氧呼吸，光合作用光反應階段能將光能轉化為化學能儲存在ATP中，有氧呼吸三階段都能產生能量合成ATP，因此葉肉細胞能產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體（線粒體基質和線粒體內膜）、葉綠體類囊體薄膜。光合作用為有氧呼吸提供有機物和氧氣，反之，細胞呼吸（呼吸作用）產生的二氧化碳也能用于光合作用暗反應，故光合作用所需的CO2可來源于蘋果酸脫羧和細胞呼吸（或呼吸作用）釋放的CO2。
（2）由于環境干旱，植物吸收的水分較少，為了維持機體的平衡適應這一環境，氣孔白天關閉能防止白天因溫度較高蒸騰作用較強導致植物體水分散失過多，晚上氣孔打開吸收二氧化碳儲存固定以保證光合作用等生命活動的正常進行。
（3）該實驗自變量是植物甲所處的生存環境是否干旱，由于夜間氣孔打開吸收二氧化碳，生成蘋果酸儲存在液泡中，導致液泡pH降低，故可通過檢測液泡的pH驗證植物甲存在該特殊方式，即因變量檢測指標是液泡中的pH值。
實驗思路：取若干生理狀態相同的植物甲，平均分為A、B兩組并于夜晚測定其細胞液pH值。將A組置于干旱條件下培養，B組置于水分充足的條件下培養，其它條件保持相同且適宜。一段時間后，分別測定A、B兩組植物夜晚細胞液的pH值并記錄。
預期結果：A組pH值小于B組，且B組pH值實驗前后變化不大，說明植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式。
【點睛】解答本題的關鍵是明確實驗材料選取的原則，以及因變量的檢測方法和無關變量的處理原則。
1.（2024·廣東梅州·統考一模）鹽脅迫會影響光合作用從而導致作物減產，是現階段農業生產面臨的主要問題之一。為了解鹽脅迫對玉米光合作用的影響，科研人員進行了相關的研究，部分實驗結果如下表所示。請回答下列問題：
處理 氣孔導度/（μmol·m-2·s-1） 胞間CO2濃度/（μmol·L-1） 葉綠素a/（mg·g-1） 葉綠素b（mg·g-1）
對照（CK） 0.114 56.33 2.55 1.18
低鹽脅迫 0.104 72.47 2.31 1.05
高鹽脅迫 0.087 88.13 2.01 0.87
(1)玉米葉肉細胞的葉綠素主要吸收的光為 。可用 法分離綠色植物葉綠體中的色素，色素在濾紙條上的擴散速度與 有關。
(2)請根據表中數據分析并推測，鹽脅迫下導致胞間CO2濃度增加的主要原因可能是 。
(3)研究表明，鹽脅迫下會使植物體內的脯氨酸（Pro）含量升高，從而減少鹽脅迫對水分吸收的影響，可能的原因是 。
(4)為探究脯氨酸可通過提高液泡內 Na 濃度來增強植物的吸水能力，科學家以脯氨酸合成相關的基因敲除突變體為材料，然后模擬鹽脅迫環境處理，則檢測指標應包括 （答出2點）。
【答案】
(1) 紅光和藍紫光 紙層析 色素在層析液中的溶解度
(2)鹽脅迫致使葉綠素含量減少，ATP和NADPH的含量減少，降低了C3的還原，使玉米對CO2的利用率降低
(3)植物體內的脯氨酸（Pro）含量增加，能增加細胞內的滲透壓，有利于植物滲透作用吸水
(4)液泡內Na+濃度、植株吸水能力
【分析】綠葉中色素的提取和分離：
(1)提取色素原理：色素能溶解在酒精或丙酮等有機溶劑中，所以可用無水酒精等提取色素。
(2)分離色素原理：各色素隨層析液在濾紙上擴散速度不同，從而分離色素，溶解度大，擴散速度快；溶解度小，擴散速度慢。
【詳解】
（1）玉米葉肉細胞的葉綠素主要吸收的光為紅光和藍紫光。不同色素在層析液中的溶解度不同，故分離葉綠體中的色素的方法是紙層析法。葉綠體色素在層析液中的溶解度不同，溶解度大的在濾紙條上擴散的速度快，反之則慢，所以四種色素在濾紙條上的擴散速度與其在層析液中的溶解度有關。
（2）分析表格數據可知，鹽脅迫致使葉綠素含量減少，ATP和NADPH的含量減少，降低了C3的還原，使玉米對CO2的利用率降低，故鹽脅迫下導致胞間CO2濃度增加。
（3）植物體內的脯氨酸（Pro）含量增加，能增加細胞內的滲透壓，有利于植物滲透作用吸水，故鹽脅迫下會使植物體內的脯氨酸（Pro）含量升高，從而減少鹽脅迫對水分吸收的影響。
（4）研究脯氨酸通過提高液泡內Na+濃度增強植物吸水能力，應以脯氨酸基因敲除突變體為實驗組的材料、模擬鹽堿脅迫環境處理，并檢測液泡內Na+濃度、植株吸水能力等。
2．（2024·全國·統考一模）PSⅡ是類囊體膜上的光合色素蛋白復合體，能吸收光能并將水分解，是光反應中光能吸收和轉化的關鍵因素。為研究PSⅡ在光能吸收和轉化中的作用，研究人員取某植物幼苗若干，均分成5組，分別用相同強度的紅光（R）、黃光（Y）、藍光（B）、紫外光（UV）等單光質和白光（W）五種LED光源照射30天后，檢測不同處理條件下的光合色素的含量，以及Fv/Fm值和Fv'/Fm'值，結果如下：
LED 不同光質對光合色素含量的影響
處理 葉綠素（mg/g干重） 類胡蘿卜素（mg/g干重）
R 369.19 100.44
Y 274.50 100.76
B 681.91 129.76
UV 988.35 206.14
W 381.75 92.34
注：Fv/Fm值表示PSⅡ吸收光能轉化光能的最大效率Fv'/Fm'值表示PSⅡ吸收光能后轉化為化學能的效率據所學知識和實驗結果回答問題：
(1)檢測光合色素含量時，用 提取綠葉中的色素。PSⅡ利用自身的光合色素吸收光能，將水分解為O2和 ，并釋放兩個電子，用于 的合成。
(2)采用LED光源處理植物幼苗而不用普通光源，原因是 。據表可知，與白光對照組（W組）相比， 光能夠顯著提高幼苗中葉綠素的含量。
(3)據圖可知，與W組相比，經過四種單光質處理后， 光更有利于該植物合成有機物，判斷依據是： 。
(4)植物吸收的光能只有3條去路：光合作用、葉綠素熒光和熱。與W組相比，在黃光（Y）條件下，Fv/Fm值較大，但Fv/Fm'值卻較小，植物將以 形式耗散掉多余的光能，否則強光將對植物產生傷害。
【答案】
(1) 無水乙醇 H+ NADPH
(2)LED光源比普通光源產熱少，減少無關變量干擾（或減少溫度升高對實驗結果的影響） 藍光（或B）和紫外光（或UV）
(3) 紫外光/UV 紫外光處理時，Fv/Fm值和Fv'/Fm'值增大都是最大的，說明紫外光吸收與轉化效率高，并且吸收的光能用于合成有機物的效率最高
(4)葉綠素熒光和熱
【分析】
1、綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，可以用無水乙醇提取綠葉中的色素。
2、光合作用：綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。能量轉換：光能轉化為有機物中活躍的化學能，再轉化為有機物中穩定的化學能。
【詳解】
（1）綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，可以用無水乙醇提取綠葉中的色素。光反應階段是光合作用第一個階段的化學反應，必須有光才能進行，完成水的光解，以及ATP、NADPH的合成，PSⅡ利用自身的光合色素吸收光能，將水分解為O2和H+并釋放兩個電子，用于NADPH的合成；
（2） LED光源是冷光源不會產生熱，采用LED光源處理植物幼苗而不用普通光源，原因是LED光源比普通光源產熱少，減少無關變量干擾（或減少溫度升高對實驗結果的影響），排除了溫度對實驗結果的影響。據圖1可知，與白光對照組(W組)相比，藍光（或B）和紫外（UV）光能夠顯著提高幼苗中葉綠素的含量；
（3）據圖可知紫外光處理時，Fv/Fm值和Fv'/Fm'值增大都是最大的，說明紫外光吸收與轉化效率高，并且吸收的光能用于合成有機物的效率最高UV組的Fv'/Fm'值最大，即PSⅡ吸收光能后轉化為化學能的效率最大，更有利于該植物合成有機物，因此紫外光（或UV）更有利于該植物合成有機物；
（4）Fv/Fm值表示PSⅡ吸收光能轉化光能的最大效率，Fv'/Fm'值表示PSⅡ吸收光能后轉化為化學能的效率。與W組相比，在黃光(Y)條件下，Fv/Fm值較大，但Fv//Fm'值卻較小，說明黃光使光能轉化光能的比率更大。植物吸收的光能只有3條去路：光合作用、葉綠素熒光和熱。結合題干可知植物將以葉綠素熒光和熱的形式耗散掉多余的光能，否則強光將對植物產生傷害。
3．（2024·廣東深圳·統考一模）缺鎂是導致龍眼葉片黃化的主要原因。為探究缺鎂對龍眼光合作用的影響，研究人員做了相關研究，結果如圖1和圖2。
回答下列問題：
(1)缺鎂導致凈光合速率下降的原因是缺鎂會導致葉綠體 上的葉綠素含量下降，影響光反應 的產生，進而影響暗反應；另一方面，根據圖1可知，龍眼缺鎂會導致 ，從而影響凈光合速率。
(2)CO2從氣孔進入細胞間，主要通過 方式進入葉肉細胞葉綠體基質中與C5結合產生C3，這一反應過程稱為 。根據圖2數據，缺鎂組凈光合速率下降的主要原因并不是氣孔相對開度，闡述你的依據是 。
(3)為了進一步研究龍眼缺鎂對葉綠素a和葉綠素b含量的影響，研究人員進行了相關實驗，簡要寫出研究思路 。
【答案】
(1) 類囊體 ATP和NADPH 呼吸速率增強
(2) 自由擴散 CO2的固定 缺酶組氣孔相對開度降低，細胞間CO2濃度增加并且高于對照組，表明缺鎂導致凈光合速率下降并不是氣孔相對開度。
(3)采用缺鎂植株的（黃化葉片）進行 色素的提取和分離，分析缺鎂與葉綠素a和葉綠素b含量的關系。
【分析】葉綠素的提取利用無水乙醇，葉綠素的分離采用紙層析法。鎂影響葉綠素的合成，進而影響對光能的吸收，降低光合作用。
【詳解】
（1）缺鎂會導致葉綠體類囊體上的葉綠素含量下降，影響光反應階段NADPH和ATP的合成，進而影響暗反應；根據圖1所示，龍眼缺鎂會導致呼吸速率增強，進而導致凈光合速率下降。
（2）CO2從氣孔進入細胞間，然后主要通過自由擴散的方式進入葉綠體基質，與C5結合產生C3，即CO2的固定。另外根據圖2所示，缺酶組氣孔相對開度降低，并且細胞間CO2濃度增加并且高于對照組，表明缺鎂導致凈光合速率下降并不是氣孔相對開度。
（3）為了進一步研究龍眼缺鎂對葉綠素a和葉綠素b含量的影響，我們可以利用葉綠素的提取和分離實驗的原理進行：利用無水乙醇提取對照組和缺鎂組的葉綠素，然后利用紙層析法進行分離，通過比較葉綠素a和葉綠素b的條帶寬窄來確定缺鎂對葉綠素a和葉綠素b含量的影響。
4．（2024·廣東湛江·統考一模）海洋浮游植物光合作用固定的碳量約占全球40%，鐵對浮游植物三角褐指藻的光合作用有重要影響。缺鐵會導致光系統Ⅱ（PSⅡ系統，能利用從光中吸收的能量裂解水）中的蛋白質含量顯著下降。圖1是光合作用的某一反應階段示意圖（圖中PSⅠ代表光系統Ⅰ，能在相關酶的催化下，把NADP+還原為NADPH）。據此回答下列問題：
(1)圖1所示的反應發生在葉綠體的 上，圖中ATP合成的直接能量來源是 。缺鐵導致PSⅡ系統中的蛋白質含量顯著下降，使圖中電子傳遞受到影響，從而降低 （選填“ATP”或“NADPH”或“ATP和NADPH”）的合成。
(2)圖1所示反應過程中捕光色素的光氧化會產生大量自由基，這些自由基會破壞蛋白質和核酸，而SOD具有清除自由基的作用。圖2為鐵對三角褐指藻細胞中SOD含量的影響，根據SOD含量的變化結合光合作用暗反應階段，分析缺鐵導致光合作用速率下降的原因： 。
(3)缺鐵會使三角褐指藻的光合色素含量降低，其中降低最明顯的是葉綠素a。請根據所學知識設計實驗證明上述結論，實驗設計思路： 。
【答案】
(1) 類囊體薄膜 H+的濃度差（或H+的電勢能） ATP和NADPH
(2)缺鐵導致SOD含量下降，自由基積累，破壞暗反應中酶的結構，導致暗反應減弱
(3)利用無水乙醇提取光合色素，用層析液和紙層析法分離色素后，比較可知缺鐵組比加鐵組在濾紙條上藍綠色色素帶的寬度明顯窄，其余三條色素帶無明顯差異。
【分析】 光合作用包括光反應和暗反應兩個階段，其中光反應包括水的光解和ATP的生成，暗反應包括二氧化碳的固定和三碳化合物的還原等。
【詳解】
（1）據圖可知，圖1可以發生水的光解，故圖1為光反應階段，發生在類囊體薄膜上，ATP合成的直接能量來源是H+跨膜運輸的電勢能；電子傳遞受影響，可直接影響NADPH的合成，也通過影響水的分解產生的H+，從而影響ATP的合成。
（2）分析題意，捕光色素的光氧化會產生大量自由基，這些自由基會破壞蛋白質和核酸，而SOD具有清除自由基的作，結合圖示可知，缺鐵導致光合作用速率降低，原因為缺鐵導致SOD含量下降，自由基積累，破壞暗反應中酶的結構，導致暗反應減弱。
（3）利用無水乙醇提取光合色素后，用層析液和紙層析法分離色素，比較可知缺鐵組比加鐵組在濾紙條上藍綠色色素帶的寬度明顯窄，其余三條色素帶無明顯差異。
5．（2024·四川成都·統考二模）莧菜是我國南方常見的一種夏季蔬菜，嫩葉和莖部分可食用，口感鮮嫩，具有抗癌、抗菌、抗糖尿病和抗高血壓等作用。大棚種植能通過控制溫度和光照等條件，使人們在冬季也能吃上莧菜。回答下列問題。
(1)在陽光充足的白天，莧菜葉肉細胞產生的氧氣的去路是 和 。
(2)在冬季，為了升高大棚內的溫度，農民常常在大棚內焚燒秸稈，除了能快速升高溫度外，這種方法的好處還有 （答出2點即可）。
(3)冬季白天大棚需要將溫度控制在：25°C左右，晚上則控制在10°C左右，從增大莧菜產量的角度分析，這樣做的原因是 。
【答案】
(1) 進入線粒體參與細胞呼吸 釋放到外界大氣中
(2)增加大棚內二氧化碳濃度，增加土壤肥力
(3)白天適當升溫提高光合作用強度，增加有機物的積累量，夜間溫度低，降低細胞呼吸強度，減少有機物的消耗，提高蔬菜產量
【分析】影響光合作用的外界條件：光照強度、溫度、二氧化碳濃度、水分等。白天適當升溫提高光合作用強度，增加有機物的積累量，夜間溫度低，降低細胞呼吸強度，減少有機物的消耗，提高蔬菜產量。
【詳解】
（1）陽光充足的白天，光合作用強度大于細胞呼吸強度，莧菜葉肉細胞產生的氧氣一部分用于自身線粒體的細胞呼吸，其余的釋放到外界大氣中。
（2）大棚內焚燒秸稈，除了能快速升高溫度外，秸稈焚燒能釋放二氧化碳，另外秸稈焚燒后的灰燼中含有大量的礦物質和有機質，可以增加土壤的肥力。
（3）白天將溫度控制在25°C左右，有利于光合作用的進行，增加有機物的積累量，晚上控制在10°C左右，降低細胞呼吸強度，減少有機物的消耗，提高蔬菜產量。
6．（2024·江蘇南通·統考一模）光照過強時還原能的積累會導致自由基的產生，損傷膜結構。光呼吸（圖中虛線所示）可促進草酰乙酸-蘋果酸的穿梭，輸出葉綠體和線粒體中過剩的還原能實現光保護，其中過程③是光呼吸速率的限制因素，線粒體中的電子傳遞鏈對該過程有促進作用，相關機制如下圖。請回答下列問題。
(1)圖中過程①進行的場所是 ，葉綠體和線粒體中電子傳遞鏈分別位于
(2)圖中葉綠體所示過程需要NADPH參與的有 、 ，過剩的NADPH通過草酰乙酸-蘋果酸穿梭，在光呼吸的過程 （填序號）消耗。
(3)線粒體中的電子傳遞鏈促進過程③的機理是 。
(4)線粒體電子傳遞鏈有細胞色素途徑（CP）和交替氧化途徑（AP）。CP途徑有ATP的合成；AP途徑無ATP的合成，能量以熱能的形式散失。為了進一步研究不同環境條件對兩條途徑的影響，科研人員利用正常植株和aoxla突變體（AP功能缺陷）進行了相關實驗，結果如下圖。
①正常情況下，黑暗時電子傳遞鏈以 途徑為主。
②光照過強時，光保護主要依賴于 途徑，而不是另一途徑，從物質和能量變化的角度分析其原因是 。
③溫度與光保護機制的關系是 。
【答案】
(1) 葉綠體基質 葉綠體的類囊體薄膜 線粒體內膜
(2) C3的還原（卡爾文循環） 草酰乙酸轉變為蘋果酸 ④
(3)電子傳遞過程中促進NADH向NAD+轉化，為過程③提供NAD+等，促進過程③的進行；
(4) CP AP AP途徑能量以熱能的形式散失，而CP途徑受細胞內ADP和Pi等的限制 溫度較高時光保護機制加強，低溫時光保護機制喪失（或下降）
【分析】光合作用的光反應階段（場所是葉綠體的類囊體膜上）：水的光解產生[H]與氧氣，以及ATP的形成。光合作用的暗反應階段（場所是葉綠體的基質中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反應提供的ATP和NADPH的作用下還原生成糖類等有機物。
【詳解】
（1）過程①是光合作用的光反應階段，這一階段主要發生在葉綠體的類囊體薄膜。在這個階段，光能被葉綠體中的葉綠素吸收，從而激發電子，電子經過一系列的電子傳遞體，最終與NADP+結合生成NADPH。
同時，水分解產生氧氣、質子和高能電子。葉綠體和線粒體中電子傳遞鏈分別位于葉綠體的類囊體薄膜和線粒體的內膜。
（2）葉綠體中C3的還原（卡爾文循環）、草酰乙酸轉變為蘋果酸需要NADPH的參與。過剩的NADPH通過草酰乙酸-蘋果酸穿梭，在光呼吸的過程④消耗。光呼吸是植物在光照條件下，通過消耗NADPH和ATP來維持光合作用的平衡。在這個過程中，過剩的NADPH和ATP被轉化為有機酸，從而避免過多的還原能導致自由基的產生，損傷膜結構。
（3）線粒體中的電子傳遞鏈促進過程③的機理是通過電子傳遞鏈產生的ATP和NADH可以提供能量和還原力，促進過程③的進行。
（4）
①正常情況下，黑暗時電子傳遞鏈主要通過CP途徑(檸檬酸循環)進行；
②光照過強時，光保護主要依賴于AP途徑(蘋果酸途徑)，而不是CP途徑。原因是AP途徑無ATP的合成，能量以熱能的形式散失，這樣可以避免過剩的還原能導致自由基的產生，損傷膜結構。
③溫度與光保護機制的關系是，溫度越高，光保護機制越活躍。這是因為高溫可以加速生物體內的化學反應速率，從而使光保護機制更加迅速地消耗過剩的還原能，保護細胞免受損傷。
7．（2024·湖南長沙·長郡中學校考一模）薏苡作為一種藥食兩用的植物，具有很高的營養價值，近年來需求甚大。薏苡適宜在溫暖濕潤的環境下生長，耐澇不耐旱。長郡中學生物研究小組采用盆栽模擬控水法研究干旱脅迫對薏苡光合作用的影響，為提高薏苡的品質、產量和節水栽培提供理論依據。回答下列問題：
(1)6～9月為薏苡的生長季節，對所用盆栽分別實施如圖的3種水分處理模擬年總降水量，其中D1、D2和D3分別相當于重度干旱、輕度干旱和正常供水。已知6、7、8、9月降水量分別占全年降水量的17.48%、28.24%、21.31%、9.10%，則D1處理中6月份的供水量應為 （保留兩位小數），不同組別給水時， （寫出兩點）應相同。實驗在可移動透明擋雨棚內進行，晴天打開棚布，陰雨天和晚上把棚布蓋好，這樣做的目的是 。
(2)凈光合速率體現的是單位時間內植物有機物的 ，圖1中只有D1處理呈雙峰曲線，原因是 。D1、D2、D3處理的日平均凈光合速率分別為0.56、0.64、0.82μmol/（m2·s），若不同組別光合作用速率的差值與凈光合速率差值相同，說明 。
(3)由圖2可知，D1和D2處理下薏苡的氣孔導度相近且8:00最高。10:00之后D3處理下薏苡的氣孔導度總體高于D1和D2，由此得出的結論是 。
(4)干旱對光合作用的限制分為氣孔限制和非氣孔限制，通過氣孔進入胞間的CO2不能滿足光合作用的要求，為氣孔限制。在干旱條件下，胞間的CO2也可能得不到充分利用，即干旱可能對
（答出兩點即可）等產生影響而產生非氣孔限制。
【答案】
(1) 54.54mm 給水的間隔天數、每次的給水時間、給水的方式 既能利用自然光照，又能防止自然降水對實驗結果產生影響
(2) 積累量 重度干旱導致植物在中午時關閉氣孔，進入細胞中的CO2減少 不同水分處理未對呼吸作用產生影響
(3)水分供應是否充足會影響氣孔導度
(4)酶的活性、葉綠體的結構
【分析】光合作用的過程及場所：光反應發生在類囊體薄膜中，主要包括水的光解和ATP的合成兩個過程；暗反應發生在葉綠體基質中，主要包括CO2的固定和C3的還原兩個過程。
【詳解】
（1）D1處理中6月份的供水量應為312×17.48%≈54.54mm。為了避免無關變量的影響，不同組別給水時，給水的間隔天數、每次的給水時間、給水的方式應相同。自變量包含降水量，晴天打開棚布，陰雨天和晚上把棚布蓋好，既能利用自然光照，又能防止自然降水對實驗結果產生影響。
（2）凈光合速率體現的是單位時間內植物有機物的積累量。正午溫度高，植物蒸騰作用強，D1重度干旱導致植物缺水，為了減小蒸騰作用，植物在中午時關閉氣孔，進入細胞中的CO2減少。真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。若不同組別光合作用速率的差值與凈光合速率差值相同，說明不同水分處理未對呼吸作用產生影響。
（3）D1、D2和D3分別相當于重度干旱、輕度干旱和正常供水，D1和D2處理下薏苡的氣孔導度相近且8:00最高。10:00之后D3處理下薏苡的氣孔導度總體高于D1和D2，說明水分供應是否充足會影響氣孔導度。
（4）影響光合作用的因素有很多，包括酶活性、葉綠體結構、酶的含量等，干旱可能對酶的活性、葉綠體的結構等產生影響而產生非氣孔限制。
8．（2024·重慶·校聯考模擬預測）光合作用的產物有一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖，蔗糖可以進入篩管，再通過韌皮部運輸到植株各處，運輸原則：就近運輸；向生長中心（芽、果實等）運輸等。
如：馬鈴薯下側葉片合成的有機物主要運向塊莖貯藏，如圖所示[注：磷酸轉運蛋白（TPT）能將暗反應中產生的丙糖磷酸運出葉綠體，同時將等分子數的磷酸（Pi）反向運回葉綠體基質]。
(1)丙糖磷酸的產生過程需要光反應提供 ，若TPT的活性被抑制，光合速率會降低，其原因是 。當Pi缺乏時，丙糖磷酸從葉綠體中輸出減少，在農業生產上可以采取 措施增加馬薯產量。
(2)農民在生產過程中，去掉馬鈴薯植株的一些芽和上部枝葉，這樣操作可以提高馬鈴薯的產量，你認為原因是 大題01 細胞代謝類
【高考真題分布】
考點 考向 高考考題分布
光合作用和細胞呼吸的綜合 細胞呼吸與光合作用的過程及實驗設計 影響光合和呼吸作用的因素 2023年廣東T18 2023年海南T16 2023年江蘇T19 2023年重慶T19 2023年遼寧T21 2023年浙江第一次T22 2023浙江第二次 T23 2023年河北T19 2023年湖南卷T17
【題型解讀】
細胞呼吸光合作用的過程，以及探究不同環境因素對光合作用和呼細胞呼吸的影響，是細胞代謝部分的高頻考點。通過對近三年試題分析，發現試題考察情景越來越復雜，以下兩種情境尤為明顯：
一、對大學教材中光合作用和細胞呼吸的生理過程深度考察。如2023年山東卷第21題和2023年湖北卷第8題的PSⅠ、PSⅡ光復合體，2023年湖南卷第17題和2022年全國甲卷第29題的C3植物和C4植物，2023年全國乙卷第3題和2023年山東卷第4題中無氧呼吸方式的轉變，2022年山東卷第21題的光抑制，2022年山東卷第4題的磷酸戊糖途徑，2022年山東卷第16題的電子傳遞鏈。這些題目的題干主要以文字形式呈現大學教材中光合作用和細胞呼吸的生理過程，考察考生在考場上對這些深于教材的新知識的學習和理解能力。并考察考生能否將這些過程與光合作用細胞呼吸過程進行辨析以及找出它們之間的聯系等。
二、對于光合作用和細胞呼吸有關的科學實驗和探究實驗的考察，如2023年全國乙卷第3題和29題，2023年山東卷第17天、2023年全國甲卷第29集、2023年廣東卷第18期、2022年山東卷第21期、2022年廣東卷第18題、2021年全國已卷第29天、2021年山東卷第21題。這些題目或涉及探究實驗步驟的設計或設計實驗數據的分析。
該專題的試題在考察必備知識的基礎上，也逐年提升對關鍵能力和學科素養的考察等級。
典例一：細胞呼吸與光合作用的過程及實驗設計
（2023·重慶·統考高考真題）水稻是我國重要的糧食作物，光合能力是影響水稻產量的重要因素。
(1)通常情況下，葉綠素含量與植物的光合速率成正相關。但有研究發現，葉綠素含量降低的某一突變體水稻，在強光照條件下，其光合速率反而明顯高于野生型。為探究其原因，有研究者在相同光照強度的強光條件下，測定了兩種水稻的相關生理指標（單位省略），結果如下表。
光反應 暗反應
光能轉化效率 類囊體薄膜電子傳遞速率 RuBP羧化酶含量 Vmax
野生型 0．49 180．1 4．6 129．5
突變體 0．66 199．5 7．5 164．5
注：RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶：Vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率
①類囊體薄膜電子傳遞的最終產物是 。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和 。
②據表分析，突變體水稻光合速率高于野生型的原因是 。
(2)研究人員進一步測定了田間光照和遮蔭條件下兩種水稻的產量（單位省略），結果如下表。
田間光照產量 田間遮陰產量
野生型 6．93 6．20
突變體 7．35 3．68
①在田間遮蔭條件下，突變體水稻產量卻明顯低于野生型，造成這個結果的內因是 ，外因是 。
②水稻葉肉細胞的光合產物有淀粉和 ，兩者可以相互轉化，后者是光合產物的主要運輸形式，在開花結實期主要運往籽粒。
③根據以上結果，推測兩種水稻的光補償點（光合速率和呼吸速率相等時的光照強度），突變體水稻較野生型 （填“高”、“低”或“相等”）。
一、限定詞作答時,若題目中提供了限定詞,則必須用限定詞作答,而不能用同義詞替代,如本題中的“紅光”不能回答成“紅色光”或“紅”。
二、原因分析類問題的方法突破
（1）此類題目屬于非選擇題中的“科學思維”的特征設問，此類題目在語言表達題型中所占比例很高，其設問方式一般有以下幾種：“……合理的解釋是________________” “……的依據是______________”“……的原因是________________”等。這些試題旨在考查考生在新情境條件下對知識體系的掌握程度，也是對關鍵能力和學科素養進行考查，是真正素質考查的體現。
（2）解題策略
這一類試題的形式是給出某一實驗現象或結果，要求回答出現這些現象( 或結果) 的原因。
分析高考題中長句子描述題的標準答案就會發現，其實答案用詞的出處一般有兩個：一是命題者在描述題干時的信息，二就是教材中的重要概念、原理等。
（3）答題思路
a．在題干文字信息和圖表信息中找出“起因”和“結果”。
b．依據題干或者已學教材中相關知識，分析“起因”和“結果”之間的邏輯關系——原因、依據、理由、解釋。
（4）答題模式
三、實驗設計要遵循實驗設計的基本原則實驗設計的基本原則包括：
（1）科學性原則：是所有原則的前提，實驗設計要合乎科學性。
（2）可行性原則：符合實驗者的一般認知水平；還要滿足現有的條件，具有進行實驗和完成實驗的可能性。
（3）簡便性原則：實驗的材料易獲得，裝置簡化、簡單，實驗藥品便宜，操作簡便等等。
（4）可重復性原則：一方面，減少誤差，增加信度。另一方面，你做的實驗，同樣的情況下，別人應該可以重復驗證。
（5）單一變量原則： 在不同的實驗組別中，只有我們所要研究的因素不同，影響實驗的其他所有因素都相同。
（6）等量原則：除研究因素以外，所有可以影響實驗過程或結果的因素都應該保持一樣。
（7）對照性原則：是生物實驗設計的一個重要原則。在單一變量的前提下，通過對照，就能有效地排除其它因素對結果的干擾，增加實驗結果的可信度和說服力。
四、光合作用與細胞呼吸實驗的設計技巧
(1)實驗設計中必須注意三點
①變量的控制手段，如光照強度的強弱可用不同功率的燈泡(或相同功率的燈泡，但與植物的距離不同)進行控制，不同溫度可用不同恒溫裝置控制，CO2濃度的大小可用不同濃度的CO2緩沖液來調節。
②對照原則的應用，不能僅用一套裝置通過逐漸改變其條件進行實驗，而應該用一系列裝置進行相互對照。
③無論哪種裝置，在光下測得的數值均為“凈光合作用強度”值。
(2)解答光合作用與細胞呼吸的實驗探究題時必須關注的信息是加“NaOH”還是加“NaHCO3”；給予“光照”處理還是“黑暗”處理；是否有“在溫度、光照最適宜條件下”等信息。
五、光合作用與呼吸作用實驗設計中常用實驗條件的控制方法
①增加水中氧氣——泵入空氣或放入綠色水生植物。
②減少水中氧氣——容器密封或油膜覆蓋或用涼開水。
③除去容器中二氧化碳——氫氧化鈉溶液。
④除去葉中原有淀粉——置于黑暗環境中。
⑤除去葉中葉綠素——酒精隔水加熱。
⑥除去光合作用對呼吸作用的干擾——給植株遮光。
⑦如何得到單色光——棱鏡色散或薄膜濾光。
⑧線粒體的提取——細胞勻漿離心。
⑨保持容器中CO2體積不變——NaHCO3溶液。
（2024·貴州貴陽·貴陽一中校考一模）番茄含有豐富的營養，據營養學家研究測定：每人每天食用50~100克鮮番茄，即可滿足人體對幾種維生素和礦物質的需要。為了進一步了解番茄的生理特征，科研人員研究了溫度變化對番茄進行呼吸作用時CO2產生量和進行光合作用時CO2消耗量的影響，實驗結果如圖所示。回答下列問題：

(1)光可以被番茄葉片中的色素吸收，分離其綠葉中的色素時，隨層析液在濾紙上擴散速度最慢的色素呈現的顏色是 ，該色素主要吸收的光是 。
(2)本實驗的自變量是 ，影響光合作用的內因主要有 （至少答出一種）。
(3)溫室栽培該種蔬菜時溫度最好控制在 （填圖中的溫度），35℃的條件下培養的番茄 （填“能”或“不能”）生長。
(4)請利用以下實驗材料測定番茄幼苗光合作用CO2的消耗速率。（簡要寫出實驗思路）
實驗材料：透明的密閉玻璃罩、CO2傳感器、番茄幼苗。
實驗思路： 。
典例二：影響光合和呼吸作用的因素
（2023·廣東·統考高考真題）光合作用機理是作物高產的重要理論基礎。大田常規栽培時，水稻野生型（WT）的產量和黃綠葉突變體（ygl）的產量差異不明顯，但在高密度栽培條件下ygl產量更高，其相關生理特征見下表和圖。（光飽和點：光合速率不再隨光照強度增加時的光照強度；光補償點：光合過程中吸收的CO2與呼吸過程中釋放的CO2等量時的光照強度。
水稻材料 葉綠素（mg/g） 類胡蘿卜素（mg/g） 類胡蘿卜素/葉綠素
WT 4.08 0.63 0.15
ygl 1.73 0.47 0.27

分析圖表，回答下列問題：
(1)ygl葉色黃綠的原因包括葉綠素含量較低和 ，葉片主要吸收可見光中的 光。
(2)光照強度逐漸增加達到2000μmol m-2 s-1時，ygl的凈光合速率較WT更高，但兩者凈光合速率都不再隨光照強度的增加而增加，比較兩者的光飽和點，可得ygl WT（填“高于”、“低于”或“等于”）。ygl有較高的光補償點，可能的原因是葉綠素含量較低和 。
(3)與WT相比，ygl葉綠素含量低，高密度栽培條件下，更多的光可到達下層葉片，且ygl群體的凈光合速率較高，表明該群體 ，是其高產的原因之一。
(4)試分析在0~50μmol m-2 s-1范圍的低光照強度下，W T和ygl凈光合速率的變化，在給出的坐標系中繪制凈光合速率趨勢曲線 。在此基礎上，分析圖a和你繪制的曲線，比較高光照強度和低光照強度條件下WT和ygl的凈光合速率，提出一個科學問題 。

一、真核生物細胞呼吸
(1)判斷細胞呼吸方式的三大依據
(2)影響細胞呼吸的常見因素
①溫度：影響酶活性。
②O2濃度：O2促進有氧呼吸，抑制無氧呼吸。
③含水量：自由水的相對含量會影響細胞代謝速率。
(3)水果、蔬菜保鮮條件：低溫、低氧、有一定濕度。
糧食儲存需要的條件：低溫、低氧、干燥環境。
二、光合作用與呼吸作用
(1)光合作用過程中的能量變化：光能→活躍的化學能(儲存在ATP、NADPH中)→穩定的化學能(儲存在有機物中)。
(2)光合作用過程中的物質變化
①光反應(發生在葉綠體類囊體薄膜上)：H2ONADPH＋O2；ADP＋PiATP。
②暗反應(發生在葉綠體基質中)：CO2＋C52C3；2C3(CH2O)＋C5。
(3)光合作用的4個影響因素
①溫度：主要影響暗反應，因為參與暗反應的酶的種類和數量都比參與光反應的多。
②CO2濃度：主要影響暗反應。
③水：缺水主要影響暗反應，因為缺水→氣孔關閉→影響CO2的吸收→影響暗反應。
④光照：主要影響光反應，通過影響ATP和NADPH的產生而影響暗反應。
(4)呼吸作用與光合作用的聯系
①呼吸速率的測定：黑暗條件下，單位時間實驗容器內CO2增加量、O2減少量或有機物減少量。
②凈光合速率的測定：植物在光照條件下，單位時間內CO2吸收量、O2釋放量或有機物積累量。
總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率；光合作用有機物的制造量＝光合作用有機物的積累量＋呼吸作用有機物的消耗量；光合作用固定的CO2量＝從外界吸收的CO2量＋呼吸作用釋放的CO2量。常見呈現形式如圖所示：
a．A點：光照強度為0，只有呼吸作用，細胞表現為對外釋放CO2。
b．AB段(不包括B點)：光合速率<呼吸速率，細胞表現為對外釋放CO2。
c．B點：對應的光照強度稱為光補償點，光合速率＝呼吸速率，細胞表現為既不對外釋放CO2，也不從外界吸收CO2。
d．B點以后：光合速率>呼吸速率，細胞表現為從外界吸收CO2。
e．C點：對應的光照強度稱為光飽和點，光合速率達到相應條件下的最大值。
f．光飽和點以前光合速率的限制因素主要為橫坐標表示的因素；光飽和點以后光合速率的限制因素為除橫坐標以外的因素。
三、光合作用、呼吸作用的“三率”圖
（2024·黑龍江齊齊哈爾·統考一模）目前全球土壤鹽漬化問題嚴重，鹽漬環境下，植物生長會受到抑制。沙棘是我國西北地區的主要造林樹種，某研究小組用不同濃度的NaCl溶液處理沙棘幼苗，探究鹽脅迫對沙棘幼苗葉片光合生理特性的影響，部分結果如圖所示，CK為空白對照組。回答下列問題：

(1)沙棘在進行光合作用時，對光進行吸收、傳遞和轉化的物質分布在葉綠體的 上，光能經光反應后轉化為 中的化學能供暗反應利用。
(2)由圖分析，本實驗的自變量是 ，凈光合速率的指標是 。
(3)導致光合速率降低的因素包括氣孔限制因素（供應不足影響光合作用）和非氣孔限制因素（非CO2因素限制光合作用）。本實驗中，溶液處理10d時，導致沙棘幼苗光合速率降低的因素主要是 （填“氣孔限制因素”或“非氣孔限制因素”），出現該種情況可能與沙棘體內 （填植物激素）的調節作用有關。
(4)該研究小組還探究了鹽脅迫對沙棘幼苗葉片葉綠素含量的影響，結果如下表所示。
NaCl濃度/（mmol·L-1） 葉綠素a含量/（mg·g-1） 葉綠素b含量/（mg·g-1） 類胡蘿卜素含量/（mg·g-1） 葉綠素a/b
CK 2.159 0.355 0.515 6.085
200 1.481 0.318 0.500 4.682
400 1.127 0.292 0.432 3.879
600 0.770 0.236 0.273 3.264
①若要定性比較不同鹽脅迫下沙棘幼苗葉片的葉綠素含量，可以用 （填試劑）提取葉片中的光合色素，再通過紙層析法觀察色素帶的 。
②由表可知，鹽脅迫下，沙棘幼苗葉片中葉綠素和類胡蘿卜素的含量均下降，且鹽濃度越高，
；同等鹽濃度脅迫下，葉綠素a含量降幅大于葉綠素b，可能由于 。
典例三：特殊代謝類型
（2023·湖南·統考高考真題）下圖是水稻和玉米的光合作用暗反應示意圖。卡爾文循環的Rubisco酶對CO2的Km為450μmol·L-1（K越小，酶對底物的親和力越大）,該酶既可催化RuBP與CO2反應，進行卡爾文循環，又可催化RuBP與O2反應，進行光呼吸（綠色植物在光照下消耗O2并釋放CO2的反應）。該酶的酶促反應方向受CO2和O2相對濃度的影響。與水稻相比，玉米葉肉細胞緊密圍繞維管束鞘，其中葉肉細胞葉綠體是水光解的主要場所，維管束鞘細胞的葉綠體主要與ATP生成有關。玉米的暗反應先在葉肉細胞中利用PEPC酶（PEPC對CO2的Km為7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）與CO2反應生成C4,固定產物C4轉運到維管束鞘細胞后釋放CO2,再進行卡爾文循環。回答下列問題：
(1)玉米的卡爾文循環中第一個光合還原產物是 （填具體名稱）,該產物跨葉綠體膜轉運到細胞質基質合成 （填"葡萄糖""蔗糖"或"淀粉"）后，再通過 長距離運輸到其他組織器官。
(2)在干旱、高光照強度環境下，玉米的光合作用強度 （填"高于"或"低于"）水稻。從光合作用機制及其調控分析，原因是 （答出三點即可）。
(3)某研究將藍細菌的CO2濃縮機制導入水稻，水稻葉綠體中CO2濃度大幅提升，其他生理代謝不受影響，但在光飽和條件下水稻的光合作用強度無明顯變化。其原因可能是
（答出三點即可）。
一、光呼吸現象產生的分子機制是O2和CO2競爭Rubisco酶。在暗反應中, Rubisco酶能夠以CO2為底物實現CO2的固定;在光下,當O2濃度高、CO2濃度低時,O2會競爭Rubisco酶,在光的驅動下將碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一個高耗能的反應,正常生長條件下光呼吸就可損耗掉光合產物的25%~30%。過程如圖所示:
【總結】光呼吸與光合作用的關系
①與光呼吸有直接關系的細胞器為葉綠體、線粒體。光呼吸產生的條件是光照、高O2含量和低CO2含量等。
②在干旱天氣和過強光照下，因為溫度很高，蒸騰作用很強，氣孔大量關閉。此時的光呼吸可以消耗光反應階段生成的多余的NADPH和ATP，又可以為暗反應階段提供原料，因此光呼吸對植物有重要的正面意義。
二、C4植物(如玉米)的葉片結構和光合作用過程
C4植物的葉片結構
C4途徑的生物學意義在于,熱帶植物為了防止水分過度蒸發,常常關閉葉片上的氣孔,這樣空氣中的CO2就不易進入葉肉細胞,不能滿足光合作用對CO2的需求;而C4途徑中能固定CO2的PEP羧化酶對CO2有很高的親和力,使葉肉細胞能有效地固定和濃縮CO2,供維管束鞘細胞中葉綠體內的C3途徑利用。玉米植株中固定CO2的酶的能力要遠遠強于水稻植株中相應的酶,因此玉米的光合效率大于水稻,特別是在低CO2濃度下,這種差別更為明顯。
【總結】
①玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，適于在高溫、干燥和強光的條件下生長。
②C4植物葉肉細胞的葉綠體有類囊體能進行光反應，同時CO2被整合到C4化合物中，隨后C4化合物進入維管束鞘細胞，維管束鞘細胞中沒有完整的葉綠體，C4化合物釋放出的CO2參與卡爾文循環，進而生成有機物。
③PEP羧化酶被形象地稱為“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有較強光合作用(特別是在高溫、光照強烈、干旱條件下)能力，并且無光合午休現象。
三、景天科植物為多年生肉質草本植物,是典型的旱生植物,其氣孔下陷,可減少蒸騰作用。與普通植物相比,景天科植物具有一種特殊的CO2固定方式——夜間氣孔開放,白天氣孔關閉。夜間大氣中CO2從氣孔進入,被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化,與PEP結合形成草酰乙酸(OAA),再經蘋果酸脫氫酶作用還原為蘋果酸,貯存于液泡中。白天,蘋果酸從液泡中釋放出來,經脫羧酶作用形成CO2和丙酮酸,CO2產生后用于卡爾文循環。
【總結】
①仙人掌、菠蘿和許多肉質植物都進行這種類型的光合作用。這類植物特別適合生長于干旱地區，其特點是氣孔夜間開放，白天關閉。
②該類植物夜間吸收CO2，淀粉經糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，CO2與PEP結合，生成草酰乙酸，進一步還原為蘋果酸儲存在液泡中。而白天氣孔關閉，蘋果酸轉移到細胞質基質中脫羧，放出CO2，進入C3途徑合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再還原成三碳糖，最后合成淀粉或者轉移到線粒體，進一步氧化釋放CO2，又可進入C3途徑。
③該類植物葉肉細胞夜間淀粉減少，蘋果酸增加，細胞液pH下降；白天淀粉增加，蘋果酸減少，細胞液pH上升。
光呼吸可使大豆、水稻和小麥等作物的光合效率降低20%至50%，造成產量損失。光呼吸是由于O2競爭性地結合到卡爾文循環關鍵酶Rubisco酶上，引起核酮糖1，5二磷酸（C5）加氧分解。下圖1表示葉肉細胞中有關代謝，其中②、④、⑧、⑨代表光呼吸過程。請據圖回答下列問題：
在紅光照射條件下，參與途徑①的主要色素是 ；Rubisco酶主要分布在
中，催化CO2與C5結合，生成2分子C3。
(2)當環境中O2與CO2含量比值 （填“偏高”或“偏低”）時，葉片容易發生光呼吸。
(3)從能量代謝分析，光呼吸與有氧呼吸最大的區別是 。
(4)水稻、小麥屬于C3植物，而高粱、玉米屬于C4植物，其特有的C4途徑如圖2所示。根據圖中信息推測，PEP羧化酶比Rubisco酶對CO2的親和力 ，使得維管束鞘細胞的CO2濃度比葉肉細胞 ，進一步推測C4植物光呼吸比C3植物 。
(5)根據對光呼吸機理的研究，科研人員利用基因編輯手段設計了只在葉綠體中完成的光呼吸替代途徑AP（依然具有降解乙醇酸產生CO2的能力）。同時利用RNA干擾技術，降低葉綠體膜上乙醇酸轉運蛋白的表達量。檢測三種不同類型植株的光合速率，實驗結果如圖3所示。
據此回答：三種類型植株中，AP+RNA干擾型光合速率最高的原因可能是：
，進而促進光合作用過程。
1．（2023全國乙）植物的氣孔由葉表皮上兩個具有特定結構的保衛細胞構成。保衛細胞吸水體積膨大時氣孔打開，反之關閉，保衛細胞含有葉綠體，在光下可進行光合作用。已知藍光可作為一種信號促進保衛細胞逆濃度梯度吸收K ．有研究發現，用飽和紅光（只用紅光照射時，植物達到最大光合速率所需的紅光強度）照射某植物葉片時，氣孔開度可達最大開度的60%左右。回答下列問題。
(1)氣孔的開閉會影響植物葉片的蒸騰作用、 （答出2點即可）等生理過程。
(2)紅光可通過光合作用促進氣孔開放，其原因是
。
(3)某研究小組發現在飽和紅光的基礎上補加藍光照射葉片，氣孔開度可進一步增大，因此他們認為氣孔開度進一步增大的原因是，藍光促進保衛細胞逆濃度梯度吸收K＋。請推測該研究小組得出這一結論的依據是 。
(4)已知某種除草劑能阻斷光合作用的光反應，用該除草劑處理的葉片在陽光照射下氣孔 （填“能”或“不能”）維持一定的開度。
2．（2023海南卷）海南是我國火龍果的主要種植區之一、由于火龍果是長日照植物，冬季日照時間不足導致其不能正常開花，在生產實踐中需要夜間補光，使火龍果提前開花，提早上市。某團隊研究了同一光照強度下，不同補光光源和補光時間對火龍果成花的影響，結果如圖。

回答下列問題。
(1)光合作用時，火龍果植株能同時吸收紅光和藍光的光合色素是 ；用紙層析法分離葉綠體色素獲得的4條色素帶中，以濾液細線為基準，按照自下而上的次序，該光合色素的色素帶位于第 條。
(2)本次實驗結果表明，三種補光光源中最佳的是 ，該光源的最佳補光時間是 小時/天，判斷該光源是最佳補光光源的依據是 。
(3)現有可促進火龍果增產的三種不同光照強度的白色光源，設計實驗方案探究成花誘導完成后提高火龍果產量的最適光照強度（簡要寫出實驗思路）。
3．（2023江蘇）氣孔對植物的氣體交換和水分代謝至關重要，氣孔運動具有復雜的調控機制。圖1所示為葉片氣孔保衛細胞和相鄰葉肉細胞中部分的結構和物質代謝途徑。①~④表示場所。請回答下列問題：

(1)光照下，光驅動產生的NADPH主要出現在 （從①~④中選填）；NADPH可用于CO2固定產物的還原，其場所有 （從①~④中選填）。液泡中與氣孔開閉相關的主要成分有H2O、 （填寫2種）等。
(2)研究證實氣孔運動需要ATP，產生ATP的場所有 （從①~④中選填）。保衛細胞中的糖分解為PEP，PEP再轉化為 進入線粒體，經過TCA循環產生的 最終通過電子傳遞鏈氧化產生ATP。
(3)藍光可刺激氣孔張開，其機理是藍光激活質膜上的AHA，消耗ATP將H+泵出膜外，形成跨膜的 ，驅動細胞吸收K+等離子。
(4)細胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并進一步轉化成Mal，使細胞內水勢下降（溶質濃度提高），導致保衛細胞 ，促進氣孔張開。
(5)保衛細胞葉綠體中的淀粉合成和分解與氣孔開閉有關，為了研究淀粉合成與細胞質中ATP的關系，對擬南芥野生型WT和NTT突變體ntt1（葉綠體失去運入ATP的能力）保衛細胞的淀粉粒進行了研究，其大小的變化如圖2．下列相關敘述合理的有______。

A．淀粉大量合成需要依賴呼吸作用提供ATP
B．光照誘導WT氣孔張開與葉綠體淀粉的水解有關
C．光照條件下突變體ntt1幾乎不能進行光合作用
D．長時間光照可使WT葉綠體積累較多的淀粉
4．（2023·河北·統考高考真題）擬南芥發育早期的葉肉細胞中，未成熟葉綠體發育所需ATP須借助其膜上的轉運蛋白H由細胞質基質進入。發育到一定階段，葉肉細胞H基因表達量下降，細胞質基質ATP向成熟葉綠體轉運受阻。
回答下列問題：
(1)未成熟葉綠體發育所需ATP主要在 合成，經細胞質基質進入葉綠體。
(2)光照時，葉綠體類囊體膜上的色素捕獲光能，將其轉化為ATP和 中的化學能，這些化學能經 階段釋放并轉化為糖類中的化學能。
(3)研究者通過轉基因技術在葉綠體成熟的葉肉細胞中實現H基因過量表達，對轉H基因和非轉基因葉肉細胞進行黑暗處理，之后檢測二者細胞質基質和葉綠體基質中ATP相對濃度，結果如圖。相對于非轉基因細胞，轉基因細胞的細胞質基質ATP濃度明顯 。據此推測，H基因的過量表達造成細胞質基質ATP被 （填“葉綠體”或“線粒體”）大量消耗，細胞有氧呼吸強度 。

(4)綜合上述分析，葉肉細胞通過下調 阻止細胞質基質ATP進入成熟的葉綠體，從而防止線粒體 ，以保證光合產物可轉運到其他細胞供能。
5.（2023全國甲）某同學將從菠菜葉中分離到的葉綠體懸浮于緩沖液中，給該葉綠體懸浮液照光后糖產生。回答下列問題。
(1)葉片是分離制備葉綠體的常用材料，若要將葉肉細胞中的葉綠體與線粒體等其他細胞器分離，可以采用的方法是 （答出1種即可）。葉綠體中光合色素分布 上，其中類胡蘿卜素主要吸收 （填“藍紫光”“紅光”或“綠光”）。
(2)將葉綠體的內膜和外膜破壞后，加入緩沖液形成懸浮液，發現黑暗條件下懸浮液中不能產生糖，原因是
。
(3)葉片進行光合作用時，葉綠體中會產生淀粉。請設計實驗證明葉綠體中有淀粉存在，簡要寫出實驗思路和預期結果。
6．（2023·遼寧·統考高考真題）花生抗逆性強，部分品種可以在鹽堿土區種植。下圖是四個品種的花生在不同實驗條件下的葉綠素含量相對值（SPAD）（圖1）和凈光合速率（圖2）。回答下列問題：

(1)花生葉肉細胞中的葉綠素包括 ，主要吸收 光，可用 等有機溶劑從葉片中提取。
(2)鹽添加量不同的條件下，葉綠素含量受影響最顯著的品種是 。
(3)在光照強度為500μmol·m2·s 、無NaCl添加的條件下，LH12的光合速率 （填“大于”“等于”或“小于"）HH1的光合速率，判斷的依據是 。在光照強度為1500μmolm2·s-1、NaCl添加量為3．0g·kg 的條件下，HY25的凈光合速率大于其他三個品種的凈光合速率，原因可能是HY25的 含量高，光反應生成更多的 ，促進了暗反應進行。
(4)依據圖2，在中鹽（2．0g·kg-1）土區適宜選擇種植 品種。
7.（2023·山東·高考真題）當植物吸收的光能過多時，過剩的光能會對光反應階段的PSⅡ復合體（PSⅡ）造成損傷，使PSⅡ活性降低，進而導致光合作用強度減弱。細胞可通過非光化學淬滅（NPQ）將過剩的光能耗散，減少多余光能對PSⅡ的損傷。已知擬南芥的H蛋白有2個功能：①修復損傷的PSⅡ；②參與NPQ的調節。科研人員以擬南芥的野生型和H基因缺失突變體為材料進行了相關實驗，結果如圖所示。實驗中強光照射時對野生型和突變體光照的強度相同，且強光對二者的PSⅡ均造成了損傷。

(1)該實驗的自變量為 。該實驗的無關變量中，影響光合作用強度的主要環境因素有 （答出2個因素即可）。
(2)根據本實驗， （填“能”或“不能”）比較出強光照射下突變體與野生型的PSⅡ活性強弱，理由是 。
(3)據圖分析，與野生型相比，強光照射下突變體中流向光合作用的能量 （填“多”或“少”）。若測得突變體的暗反應強度高于野生型，根據本實驗推測，原因是 。
8．（2022·全國甲·高考真題）根據光合作用中CO2的固定方式不同，可將植物分為C3植物和C4植物等類型。C4植物的CO2補償點比C3植物的低。CO2補償點通常是指環境CO2濃度降低導致光合速率與呼吸速率相等時的環境CO2濃度。回答下列問題。
(1)不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反應階段的產物是相同的，光反應階段的產物是
（答出3點即可）。
(2)正常條件下，植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位，原因是 （答出1點即可）。
(3)干旱會導致氣孔開度減小，研究發現在同等程度干旱條件下，C4植物比C3植物生長得好。從兩種植物CO2補償點的角度分析，可能的原因是 。
9．（2023·浙江·統考高考真題）植物工廠是一種新興的農業生產模式，可人工控制光照、溫度、CO2濃度等因素。不同光質配比對生菜幼苗體內的葉綠素含量和氮含量的影響如圖甲所示，不同光質配比對生菜幼苗干重的影響如圖乙所示。分組如下：CK組（白光）、A組（紅光：藍光=1：2）、B組（紅光：藍光=3：2）、C組（紅光：藍光=2：1），每組輸出的功率相同。

回答下列問題：
(1)光為生菜的光合作用提供 ，又能調控生菜的形態建成。生菜吸收營養液中含氮的離子滿足其對氮元素需求，若營養液中的離子濃度過高，根細胞會因 作用失水造成生菜萎蔫。
(2)由圖乙可知，A、B、C組的干重都比CK組高，原因是 。由圖甲、圖乙可知，選用紅、藍光配比為 ，最有利于生菜產量的提高，原因是
。
(3)進一步探究在不同溫度條件下，增施CO2對生菜光合速率的影響，結果如圖丙所示。由圖可知，在25℃時，提高CO2濃度對提高生菜光合速率的效果最佳，判斷依據是 。植物工廠利用秸稈發酵生產沼氣，冬天可燃燒沼氣以提高CO2濃度，還可以 ，使光合速率進一步提高，從農業生態工程角度分析，優點還有 。
10．（2021·全國·高考真題）生活在干旱地區的一些植物（如植物甲）具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用。回答下列問題：
（1）白天葉肉細胞產生ATP的場所有 。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和 釋放的CO2。
（2）氣孔白天關閉、晚上打開是這類植物適應干旱環境的一種方式，這種方式既能防止 ，又能保證 正常進行。
（3）若以pH作為檢測指標，請設計實驗來驗證植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式。 （簡要寫出實驗思路和預期結果）
1.（2024·廣東梅州·統考一模）鹽脅迫會影響光合作用從而導致作物減產，是現階段農業生產面臨的主要問題之一。為了解鹽脅迫對玉米光合作用的影響，科研人員進行了相關的研究，部分實驗結果如下表所示。請回答下列問題：
處理 氣孔導度/（μmol·m-2·s-1） 胞間CO2濃度/（μmol·L-1） 葉綠素a/（mg·g-1） 葉綠素b（mg·g-1）
對照（CK） 0.114 56.33 2.55 1.18
低鹽脅迫 0.104 72.47 2.31 1.05
高鹽脅迫 0.087 88.13 2.01 0.87
(1)玉米葉肉細胞的葉綠素主要吸收的光為 。可用 法分離綠色植物葉綠體中的色素，色素在濾紙條上的擴散速度與 有關。
(2)請根據表中數據分析并推測，鹽脅迫下導致胞間CO2濃度增加的主要原因可能是 。
(3)研究表明，鹽脅迫下會使植物體內的脯氨酸（Pro）含量升高，從而減少鹽脅迫對水分吸收的影響，可能的原因是 。
(4)為探究脯氨酸可通過提高液泡內 Na 濃度來增強植物的吸水能力，科學家以脯氨酸合成相關的基因敲除突變體為材料，然后模擬鹽脅迫環境處理，則檢測指標應包括 （答出2點）。
2．（2024·全國·統考一模）PSⅡ是類囊體膜上的光合色素蛋白復合體，能吸收光能并將水分解，是光反應中光能吸收和轉化的關鍵因素。為研究PSⅡ在光能吸收和轉化中的作用，研究人員取某植物幼苗若干，均分成5組，分別用相同強度的紅光（R）、黃光（Y）、藍光（B）、紫外光（UV）等單光質和白光（W）五種LED光源照射30天后，檢測不同處理條件下的光合色素的含量，以及Fv/Fm值和Fv'/Fm'值，結果如下：
LED 不同光質對光合色素含量的影響
處理 葉綠素（mg/g干重） 類胡蘿卜素（mg/g干重）
R 369.19 100.44
Y 274.50 100.76
B 681.91 129.76
UV 988.35 206.14
W 381.75 92.34
注：Fv/Fm值表示PSⅡ吸收光能轉化光能的最大效率Fv'/Fm'值表示PSⅡ吸收光能后轉化為化學能的效率據所學知識和實驗結果回答問題：
(1)檢測光合色素含量時，用 提取綠葉中的色素。PSⅡ利用自身的光合色素吸收光能，將水分解為O2和 ，并釋放兩個電子，用于 的合成。
(2)采用LED光源處理植物幼苗而不用普通光源，原因是 。據表可知，與白光對照組（W組）相比， 光能夠顯著提高幼苗中葉綠素的含量。
(3)據圖可知，與W組相比，經過四種單光質處理后， 光更有利于該植物合成有機物，判斷依據是： 。
(4)植物吸收的光能只有3條去路：光合作用、葉綠素熒光和熱。與W組相比，在黃光（Y）條件下，Fv/Fm值較大，但Fv/Fm'值卻較小，植物將以 形式耗散掉多余的光能，否則強光將對植物產生傷害。
3．（2024·廣東深圳·統考一模）缺鎂是導致龍眼葉片黃化的主要原因。為探究缺鎂對龍眼光合作用的影響，研究人員做了相關研究，結果如圖1和圖2。
回答下列問題：
(1)缺鎂導致凈光合速率下降的原因是缺鎂會導致葉綠體 上的葉綠素含量下降，影響光反應 的產生，進而影響暗反應；另一方面，根據圖1可知，龍眼缺鎂會導致 ，從而影響凈光合速率。
(2)CO2從氣孔進入細胞間，主要通過 方式進入葉肉細胞葉綠體基質中與C5結合產生C3，這一反應過程稱為 。根據圖2數據，缺鎂組凈光合速率下降的主要原因并不是氣孔相對開度，闡述你的依據是 。
(3)為了進一步研究龍眼缺鎂對葉綠素a和葉綠素b含量的影響，研究人員進行了相關實驗，簡要寫出研究思路 。
4．（2024·廣東湛江·統考一模）海洋浮游植物光合作用固定的碳量約占全球40%，鐵對浮游植物三角褐指藻的光合作用有重要影響。缺鐵會導致光系統Ⅱ（PSⅡ系統，能利用從光中吸收的能量裂解水）中的蛋白質含量顯著下降。圖1是光合作用的某一反應階段示意圖（圖中PSⅠ代表光系統Ⅰ，能在相關酶的催化下，把NADP+還原為NADPH）。據此回答下列問題：
(1)圖1所示的反應發生在葉綠體的 上，圖中ATP合成的直接能量來源是 。缺鐵導致PSⅡ系統中的蛋白質含量顯著下降，使圖中電子傳遞受到影響，從而降低 （選填“ATP”或“NADPH”或“ATP和NADPH”）的合成。
(2)圖1所示反應過程中捕光色素的光氧化會產生大量自由基，這些自由基會破壞蛋白質和核酸，而SOD具有清除自由基的作用。圖2為鐵對三角褐指藻細胞中SOD含量的影響，根據SOD含量的變化結合光合作用暗反應階段，分析缺鐵導致光合作用速率下降的原因： 。
(3)缺鐵會使三角褐指藻的光合色素含量降低，其中降低最明顯的是葉綠素a。請根據所學知識設計實驗證明上述結論，實驗設計思路： 。
5．（2024·四川成都·統考二模）莧菜是我國南方常見的一種夏季蔬菜，嫩葉和莖部分可食用，口感鮮嫩，具有抗癌、抗菌、抗糖尿病和抗高血壓等作用。大棚種植能通過控制溫度和光照等條件，使人們在冬季也能吃上莧菜。回答下列問題。
(1)在陽光充足的白天，莧菜葉肉細胞產生的氧氣的去路是 和 。
(2)在冬季，為了升高大棚內的溫度，農民常常在大棚內焚燒秸稈，除了能快速升高溫度外，這種方法的好處還有 （答出2點即可）。
(3)冬季白天大棚需要將溫度控制在：25°C左右，晚上則控制在10°C左右，從增大莧菜產量的角度分析，這樣做的原因是 。
6．（2024·江蘇南通·統考一模）光照過強時還原能的積累會導致自由基的產生，損傷膜結構。光呼吸（圖中虛線所示）可促進草酰乙酸-蘋果酸的穿梭，輸出葉綠體和線粒體中過剩的還原能實現光保護，其中過程③是光呼吸速率的限制因素，線粒體中的電子傳遞鏈對該過程有促進作用，相關機制如下圖。請回答下列問題。
(1)圖中過程①進行的場所是 ，葉綠體和線粒體中電子傳遞鏈分別位于
(2)圖中葉綠體所示過程需要NADPH參與的有 、 ，過剩的NADPH通過草酰乙酸-蘋果酸穿梭，在光呼吸的過程 （填序號）消耗。
(3)線粒體中的電子傳遞鏈促進過程③的機理是 。
(4)線粒體電子傳遞鏈有細胞色素途徑（CP）和交替氧化途徑（AP）。CP途徑有ATP的合成；AP途徑無ATP的合成，能量以熱能的形式散失。為了進一步研究不同環境條件對兩條途徑的影響，科研人員利用正常植株和aoxla突變體（AP功能缺陷）進行了相關實驗，結果如下圖。
①正常情況下，黑暗時電子傳遞鏈以 途徑為主。
②光照過強時，光保護主要依賴于 途徑，而不是另一途徑，從物質和能量變化的角度分析其原因是 。
③溫度與光保護機制的關系是 。
7．（2024·湖南長沙·長郡中學校考一模）薏苡作為一種藥食兩用的植物，具有很高的營養價值，近年來需求甚大。薏苡適宜在溫暖濕潤的環境下生長，耐澇不耐旱。長郡中學生物研究小組采用盆栽模擬控水法研究干旱脅迫對薏苡光合作用的影響，為提高薏苡的品質、產量和節水栽培提供理論依據。回答下列問題：
(1)6～9月為薏苡的生長季節，對所用盆栽分別實施如圖的3種水分處理模擬年總降水量，其中D1、D2和D3分別相當于重度干旱、輕度干旱和正常供水。已知6、7、8、9月降水量分別占全年降水量的17.48%、28.24%、21.31%、9.10%，則D1處理中6月份的供水量應為 （保留兩位小數），不同組別給水時， （寫出兩點）應相同。實驗在可移動透明擋雨棚內進行，晴天打開棚布，陰雨天和晚上把棚布蓋好，這樣做的目的是 。
(2)凈光合速率體現的是單位時間內植物有機物的 ，圖1中只有D1處理呈雙峰曲線，原因是 。D1、D2、D3處理的日平均凈光合速率分別為0.56、0.64、0.82μmol/（m2·s），若不同組別光合作用速率的差值與凈光合速率差值相同，說明 。
(3)由圖2可知，D1和D2處理下薏苡的氣孔導度相近且8:00最高。10:00之后D3處理下薏苡的氣孔導度總體高于D1和D2，由此得出的結論是 。
(4)干旱對光合作用的限制分為氣孔限制和非氣孔限制，通過氣孔進入胞間的CO2不能滿足光合作用的要求，為氣孔限制。在干旱條件下，胞間的CO2也可能得不到充分利用，即干旱可能對
（答出兩點即可）等產生影響而產生非氣孔限制。
8．（2024·重慶·校聯考模擬預測）光合作用的產物有一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖，蔗糖可以進入篩管，再通過韌皮部運輸到植株各處，運輸原則：就近運輸；向生長中心（芽、果實等）運輸等。
如：馬鈴薯下側葉片合成的有機物主要運向塊莖貯藏，如圖所示[注：磷酸轉運蛋白（TPT）能將暗反應中產生的丙糖磷酸運出葉綠體，同時將等分子數的磷酸（Pi）反向運回葉綠體基質]。
(1)丙糖磷酸的產生過程需要光反應提供 ，若TPT的活性被抑制，光合速率會降低，其原因是 。當Pi缺乏時，丙糖磷酸從葉綠體中輸出減少，在農業生產上可以采取 措施增加馬薯產量。
(2)農民在生產過程中，去掉馬鈴薯植株的一些芽和上部枝葉，這樣操作可以提高馬鈴薯的產量，你認為原因是 。
(3)科研人員發明了一種轉光膜（該膜可將部分紫外光和綠光轉變成藍紫光、紅光）。與普通大棚膜相比，這種轉光膜 （填“能”或“不能”）提高大棚馬鈴薯的產量，理由是 。
9．（2024·云南·統考二模）生物炭是在低氧環境下，將木材、草、玉米秸稈等有機物通過高溫慢速裂解獲得，在農業中具有改良土壤、緩釋肥料等功能。為探究生物炭和保水劑對園藝植物火鶴花葉綠素及光合特性的影響，以提高火鶴花對干旱環境的適應性，科研人員將長勢相同的火鶴花均分為12組并進行相關處理，如下表所示。定植3個月后摘取葉片測定光合色素含量和凈光合速率，實驗結果如圖1、圖2所示：
組別 處理 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12
基質質量（%） 生物炭 0 0 0 0 10 10 10 10 20 20 20 20
保水劑 0 0.2 0.4 0.6 0 0.2 0.4 0.6 0 0.2 0.4 0.6
回答下列問題：
生物炭具有植物生長所必需的 （填“有機物”或“無機鹽”），在不添加保水劑的情況下，一定量的生物炭能 （填“促進”、“抑制”或“促進或抑制”）葉綠素的合成；同有機物在生物體外的燃燒相比，細胞呼吸中有機物氧化分解有何不同特點：
（寫出2點即可）。
(2)寫出測定植株凈光合速率的指標：單位時間內 或 。
(3)由實驗結果可知，生物炭基質質量和保水劑基質質量分別為 時凈光合速率達到最大值，適宜保水劑能提高凈光合速率的機理可能是 。
10.（2024·陜西寶雞·統考一模）玉米是我國重要的糧食作物，其光合作用有一定的特殊性，與其葉片結構有密切關系，二氧化碳的固定、還原過程如圖所示，催化葉肉細胞葉綠體中碳同化過程的PEP酶對CO2的親和力較Rubisco酶的強。
(1)由圖可知，玉米碳同化過程中與CO2結合的物質有 ；維管束鞘細胞的葉綠體中發生的碳反應所需的NADPH和ATP來自 （填“葉肉細胞”“維管束鞘細胞”或“葉肉細胞和維管束鞘細胞”）的葉綠體中的光反應。
(2)玉米植株細胞的葉綠體有兩種類型：一種是有基粒的葉綠體存在于葉肉細胞中；另一種是沒有基粒的葉綠體存在于維管束鞘細胞中。二者結構的差異的根本原因是 。
(3)將玉米置于適宜光照下一段時間后，取一片正常葉片，脫色處理后滴加碘液，做葉片的橫切面裝片，放在顯微鏡下觀察，發現葉肉細胞不變藍而維管束鞘細胞變藍，原因是 。
(4)澇脅迫（創造無氧條件）條件下玉米幼苗根部細胞初期編碼乳酸脫氫酶的基因表達，后期丙酮酸脫羧酶和乙醇脫氫酶的基因表達，據此可推斷玉米幼苗根部細胞能進行兩種類型的無氧呼吸。即在澇脅迫初期玉米幼苗根部細胞中不產生CO2，而后期能產生CO2。要設計實驗證明玉米幼苗根部細胞在澇脅迫初期和后期能進行兩種類型的無氧呼吸，分析該實驗的自變量為 ，因變量用 試劑測量。

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