资源简介

大题01 细胞代谢类
【高考真题分布】
考点 考向 高考考题分布
光合作用和细胞呼吸的综合 细胞呼吸与光合作用的过程及实验设计 影响光合和呼吸作用的因素 2023年广东T18 2023年海南T16 2023年江苏T19 2023年重庆T19 2023年辽宁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
【题型解读】
细胞呼吸光合作用的过程，以及探究不同环境因素对光合作用和呼细胞呼吸的影响，是细胞代谢部分的高频考点。通过对近三年试题分析，发现试题考察情景越来越复杂，以下两种情境尤为明显：
一、对大学教材中光合作用和细胞呼吸的生理过程深度考察。如2023年山东卷第21题和2023年湖北卷第8题的PSⅠ、PSⅡ光复合体，2023年湖南卷第17题和2022年全国甲卷第29题的C3植物和C4植物，2023年全国乙卷第3题和2023年山东卷第4题中无氧呼吸方式的转变，2022年山东卷第21题的光抑制，2022年山东卷第4题的磷酸戊糖途径，2022年山东卷第16题的电子传递链。这些题目的题干主要以文字形式呈现大学教材中光合作用和细胞呼吸的生理过程，考察考生在考场上对这些深于教材的新知识的学习和理解能力。并考察考生能否将这些过程与光合作用细胞呼吸过程进行辨析以及找出它们之间的联系等。
二、对于光合作用和细胞呼吸有关的科学实验和探究实验的考察，如2023年全国乙卷第3题和29题，2023年山东卷第17天、2023年全国甲卷第29集、2023年广东卷第18期、2022年山东卷第21期、2022年广东卷第18题、2021年全国已卷第29天、2021年山东卷第21题。这些题目或涉及探究实验步骤的设计或设计实验数据的分析。
该专题的试题在考察必备知识的基础上，也逐年提升对关键能力和学科素养的考察等级。
典例一：细胞呼吸与光合作用的过程及实验设计
（2023·重庆·统考高考真题）水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。
(1)通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速率成正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者在相同光照强度的强光条件下，测定了两种水稻的相关生理指标（单位省略），结果如下表。
光反应 暗反应
光能转化效率 类囊体薄膜电子传递速率 RuBP羧化酶含量 Vmax
野生型 0．49 180．1 4．6 129．5
突变体 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类囊体薄膜电子传递的最终产物是 。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和 。
②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是 。
(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮荫条件下两种水稻的产量（单位省略），结果如下表。
田间光照产量 田间遮阴产量
野生型 6．93 6．20
突变体 7．35 3．68
①在田间遮荫条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是 ，外因是 。
②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和 ，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点（光合速率和呼吸速率相等时的光照强度），突变体水稻较野生型 （填“高”、“低”或“相等”）。
【答案】
(1) NADPH（[H]） C5（核酮糖—1，5-二磷酸，RuBP） 突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快
(2) 突变体叶绿素含量太低 光照强度太低 蔗糖 高
【分析】
1、光合作用是指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能量的有机物，并且释放出氧气的过程。光合作用过程十分复杂，根据是否需要光能，将这些化学反应分为光反应和暗反应，现在也成为碳反应阶段。
2、光反应阶段：必须有光才能进行，反应部位在类囊体的薄膜上。在这个阶段，叶绿体中光合色素吸收的光能首先将水分解成氧和H+。其中氧以分子形式氧气释放，H+与NADP+结合，形成NADPH。NADPH是活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应。光合色素吸收的另一部分光能，在酶的作用下，使ADP与Pi反应形成ATP，用于暗反应。
3、暗反应阶段：需要多种酶参与，在有光、无光的条件下均可进行，反应部位在叶绿体基质中。这个阶段绿叶通过气孔从外界吸收CO2，在特定酶（CO2固定酶）的作用下与C5（一种五碳化合物）结合，这个过程叫作CO2的固定。一分子的CO2被固定后，很快形成两个C3。在酶的作用下C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原，一部分接受能量并被还原的C3经过一系列酶的作用转化为糖类，另一些接受能量被还原的C3又形成C5，参与CO2的固定。暗反应的实质是同化CO2，将活跃的化学能转化为稳定的化学能，储存在有机物中。
【详解】
（1）①根据分析可知，光合作用的光反应阶段在类囊体薄膜上反应。这个阶段电子传递的最终产物是NADPH。RuBP羧化酶是催化CO2固定的酶，根据分析可知这个阶段是暗反应阶段（CO2的固定），在这个反应中 CO2，在CO2固定酶的作用下与C5（一种五碳化合物）结合，所以RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C5。
②根据分析可知，表中的类囊体薄膜电子传递速率代表了光反应速率，电子传递速率越高，则光反应速率越快；RuBP羧化酶含量高低与暗反应速率有关，RuBP羧化酶含量越高，暗反应速率越快。由表可知突变体的光反应和暗反应速率都比野生型快，所以突变型水稻的光合速率高于野生型。
（2）①根据光合作用的分析可知，只要影响到原料、能量的供应都是影响光合作用的因素，比如CO2的浓度、叶片气孔的开闭情况，光照强度等；叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的形成，结构的因素，比如叶绿体光合色素含量低等也会影响光合作用。根据题干可知在遮荫情况下突变体水稻产量明显低于野生型，因此推测这种结果的内因则是突变体自身叶绿素含量太低，外因则是光照强度太低。
②蔗糖是光合作用的主要产物，也是植物光合作用远距离运输的主要形式。所以水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和蔗糖，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果可知，在同等光合速率下突变体水稻所需要的光照更强，因此突变体水稻的光补偿点较野生型高。
一、限定词作答时,若题目中提供了限定词,则必须用限定词作答,而不能用同义词替代,如本题中的“红光”不能回答成“红色光”或“红”。
二、原因分析类问题的方法突破
（1）此类题目属于非选择题中的“科学思维”的特征设问，此类题目在语言表达题型中所占比例很高，其设问方式一般有以下几种：“……合理的解释是________________” “……的依据是______________”“……的原因是________________”等。这些试题旨在考查考生在新情境条件下对知识体系的掌握程度，也是对关键能力和学科素养进行考查，是真正素质考查的体现。
（2）解题策略
这一类试题的形式是给出某一实验现象或结果，要求回答出现这些现象( 或结果) 的原因。
分析高考题中长句子描述题的标准答案就会发现，其实答案用词的出处一般有两个：一是命题者在描述题干时的信息，二就是教材中的重要概念、原理等。
（3）答题思路
a．在题干文字信息和图表信息中找出“起因”和“结果”。
b．依据题干或者已学教材中相关知识，分析“起因”和“结果”之间的逻辑关系——原因、依据、理由、解释。
（4）答题模式
三、实验设计要遵循实验设计的基本原则实验设计的基本原则包括：
（1）科学性原则：是所有原则的前提，实验设计要合乎科学性。
（2）可行性原则：符合实验者的一般认知水平；还要满足现有的条件，具有进行实验和完成实验的可能性。
（3）简便性原则：实验的材料易获得，装置简化、简单，实验药品便宜，操作简便等等。
（4）可重复性原则：一方面，减少误差，增加信度。另一方面，你做的实验，同样的情况下，别人应该可以重复验证。
（5）单一变量原则： 在不同的实验组别中，只有我们所要研究的因素不同，影响实验的其他所有因素都相同。
（6）等量原则：除研究因素以外，所有可以影响实验过程或结果的因素都应该保持一样。
（7）对照性原则：是生物实验设计的一个重要原则。在单一变量的前提下，通过对照，就能有效地排除其它因素对结果的干扰，增加实验结果的可信度和说服力。
四、光合作用与细胞呼吸实验的设计技巧
(1)实验设计中必须注意三点
①变量的控制手段，如光照强度的强弱可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同)进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液来调节。
②对照原则的应用，不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照。
③无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用强度”值。
(2)解答光合作用与细胞呼吸的实验探究题时必须关注的信息是加“NaOH”还是加“NaHCO3”；给予“光照”处理还是“黑暗”处理；是否有“在温度、光照最适宜条件下”等信息。
五、光合作用与呼吸作用实验设计中常用实验条件的控制方法
①增加水中氧气——泵入空气或放入绿色水生植物。
②减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖或用凉开水。
③除去容器中二氧化碳——氢氧化钠溶液。
④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中。
⑤除去叶中叶绿素——酒精隔水加热。
⑥除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光。
⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。
⑧线粒体的提取——细胞匀浆离心。
⑨保持容器中CO2体积不变——NaHCO3溶液。
（2024·贵州贵阳·贵阳一中校考一模）番茄含有丰富的营养，据营养学家研究测定：每人每天食用50~100克鲜番茄，即可满足人体对几种维生素和矿物质的需要。为了进一步了解番茄的生理特征，科研人员研究了温度变化对番茄进行呼吸作用时CO2产生量和进行光合作用时CO2消耗量的影响，实验结果如图所示。回答下列问题：

(1)光可以被番茄叶片中的色素吸收，分离其绿叶中的色素时，随层析液在滤纸上扩散速度最慢的色素呈现的颜色是 ，该色素主要吸收的光是 。
(2)本实验的自变量是 ，影响光合作用的内因主要有 （至少答出一种）。
(3)温室栽培该种蔬菜时温度最好控制在 （填图中的温度），35℃的条件下培养的番茄 （填“能”或“不能”）生长。
(4)请利用以下实验材料测定番茄幼苗光合作用CO2的消耗速率。（简要写出实验思路）
实验材料：透明的密闭玻璃罩、CO2传感器、番茄幼苗。
实验思路： 。
【答案】
(1) 黄绿色 蓝紫光和红光
(2) 不同的温度 光合色素的含量、酶的数量和活性
(3) 25℃ 不能
(4)实验思路为：测定密闭装置内的初始CO2浓度和在光照条件下培养1小时后的CO2浓度；测定的CO2含量变化即为净光合速率，同时设置另外一组实验，其余条件均相同，但是做遮光处理，测定初始CO2浓度和在光照遮光条件下培养1小时后的CO2浓度；测定的CO2含量变化即为呼吸速率，二者之为即为CO2的消耗速率。
【分析】影响光合作用的因素：
1、光照强度：光照会影响光反应，从而影响光合作用，因此，当光照强度低于光饱和点时，光合速率随光照强度的增加而增加，但达到光饱和点后，光合作用不再随光照强度增加而增加。
2、CO2浓度：CO2是光合作用暗反应的原料，在一定范围内当CO2浓度增加时，光合速率会随CO2浓度的增高而增高。
3、温度：温度对光合作用的影响主要是影响酶的活性。
【详解】
（1）随层析液在滤纸上扩散速度最慢的色素是叶绿素b，呈现的颜色是黄绿色，该色素主要吸收的光是蓝紫光和红光。
（2）科研人员研究了温度变化对番茄进行呼吸作用时CO2产生量和进行光合作用时CO2消耗量的影响，所以本实验的自变量是不同的温度，影响光合作用的内因主要有光合色素的含量，以及与光合作用有关的酶的数量和活性。
（3）温室栽培该种蔬菜时温度最好控制在25℃，此时光合作用的消耗量-呼吸用的产生量的值最大，即净光合速率最高，有机物的积累量最高，同理35℃下，净光合速率为0，番茄不能生长。
（4）CO2的消耗速率及总光合速率，所以需要测定净光合速率，以及呼吸速率，二者之和即为CO2的消耗速率，故实验思路为:测定密闭装置内的初始CO2浓度和在光照条件下培养1小时后的CO2浓度;测定的CO2含量变化即为净光合速率，同时设置另外一组实验，其余条件均相同，但是做遮光处理，测定初始CO2浓度和在光照遮光条件下培养1小时后的CO2浓度;测定的CO2含量变化即为呼吸速率，二者之为即为CO2的消耗速率。
典例二：影响光合和呼吸作用的因素
（2023·广东·统考高考真题）光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时，水稻野生型（WT）的产量和黄绿叶突变体（ygl）的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl产量更高，其相关生理特征见下表和图。（光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。
水稻材料 叶绿素（mg/g） 类胡萝卜素（mg/g） 类胡萝卜素/叶绿素
WT 4.08 0.63 0.15
ygl 1.73 0.47 0.27

分析图表，回答下列问题：
(1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和 ，叶片主要吸收可见光中的 光。
(2)光照强度逐渐增加达到2000μmol m-2 s-1时，ygl的净光合速率较WT更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，比较两者的光饱和点，可得ygl WT（填“高于”、“低于”或“等于”）。ygl有较高的光补偿点，可能的原因是叶绿素含量较低和 。
(3)与WT相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体 ，是其高产的原因之一。
(4)试分析在0~50μmol m-2 s-1范围的低光照强度下，W T和ygl净光合速率的变化，在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线 。在此基础上，分析图a和你绘制的曲线，比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率，提出一个科学问题 。

【答案】
(1) 类胡萝卜素/叶绿素比例上升 红光和蓝紫
(2) 高于 呼吸速率较高
(3)光能利用率较高
(4) 探究较强光照条件下WT和ygl的最适栽培密度
【分析】分析题表和题图：与WT相比，ygl植株的叶绿素和类胡萝卜素含量都较低，但类胡萝卜素/叶绿素较高，光饱和点较高，呼吸速率较高。
【详解】
（1）根据表格信息可知，ygl植株叶绿素含量较低且类胡萝卜素/叶绿素比值比较高，故叶片呈现出黄绿色。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，由ygl叶色呈黄绿可推测，主要吸收红光和蓝紫光。
（2）光照强度逐渐增加达到2000μmol m-2 s-1时，ygl的净光合速率较WT更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，从柱状图中看出，ygl的呼吸速率高于WT，因此ygl的最大实际光合速率高于WT，因此达到最大实际光合速率需要的最小光照强度大，即ygl的光饱和点高于WT。光补偿点是光合速率等于呼吸速率的光照强度，据图b和图c可知，ygl有较高的光补偿点是因为叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率较低，且由图c可知ygl呼吸速率较高。
（3）与WT相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体光能利用率高，是其高产的原因之一。
（4）由于ygl呼吸速率较高，且有较高的光补偿点，因此在0~50μmol m-2 s-1范围的低光照强度下，WT和ygl的净光合速率如下图：
分析图a和图示曲线，高光照强度WT的净光合速率小于ygl，低光照强度下WT的净光合速率大于ygl，在此基础上，可进一步探究较强光照条件下WT和ygl的最适栽培密度。
一、真核生物细胞呼吸
(1)判断细胞呼吸方式的三大依据
(2)影响细胞呼吸的常见因素
①温度：影响酶活性。
②O2浓度：O2促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸。
③含水量：自由水的相对含量会影响细胞代谢速率。
(3)水果、蔬菜保鲜条件：低温、低氧、有一定湿度。
粮食储存需要的条件：低温、低氧、干燥环境。
二、光合作用与呼吸作用
(1)光合作用过程中的能量变化：光能→活跃的化学能(储存在ATP、NADPH中)→稳定的化学能(储存在有机物中)。
(2)光合作用过程中的物质变化
①光反应(发生在叶绿体类囊体薄膜上)：H2ONADPH＋O2；ADP＋PiATP。
②暗反应(发生在叶绿体基质中)：CO2＋C52C3；2C3(CH2O)＋C5。
(3)光合作用的4个影响因素
①温度：主要影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。
②CO2浓度：主要影响暗反应。
③水：缺水主要影响暗反应，因为缺水→气孔关闭→影响CO2的吸收→影响暗反应。
④光照：主要影响光反应，通过影响ATP和NADPH的产生而影响暗反应。
(4)呼吸作用与光合作用的联系
①呼吸速率的测定：黑暗条件下，单位时间实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
②净光合速率的测定：植物在光照条件下，单位时间内CO2吸收量、O2释放量或有机物积累量。
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率；光合作用有机物的制造量＝光合作用有机物的积累量＋呼吸作用有机物的消耗量；光合作用固定的CO2量＝从外界吸收的CO2量＋呼吸作用释放的CO2量。常见呈现形式如图所示：
a．A点：光照强度为0，只有呼吸作用，细胞表现为对外释放CO2。
b．AB段(不包括B点)：光合速率<呼吸速率，细胞表现为对外释放CO2。
c．B点：对应的光照强度称为光补偿点，光合速率＝呼吸速率，细胞表现为既不对外释放CO2，也不从外界吸收CO2。
d．B点以后：光合速率>呼吸速率，细胞表现为从外界吸收CO2。
e．C点：对应的光照强度称为光饱和点，光合速率达到相应条件下的最大值。
f．光饱和点以前光合速率的限制因素主要为横坐标表示的因素；光饱和点以后光合速率的限制因素为除横坐标以外的因素。
三、光合作用、呼吸作用的“三率”图
（2024·黑龙江齐齐哈尔·统考一模）目前全球土壤盐渍化问题严重，盐渍环境下，植物生长会受到抑制。沙棘是我国西北地区的主要造林树种，某研究小组用不同浓度的NaCl溶液处理沙棘幼苗，探究盐胁迫对沙棘幼苗叶片光合生理特性的影响，部分结果如图所示，CK为空白对照组。回答下列问题：

(1)沙棘在进行光合作用时，对光进行吸收、传递和转化的物质分布在叶绿体的 上，光能经光反应后转化为 中的化学能供暗反应利用。
(2)由图分析，本实验的自变量是 ，净光合速率的指标是 。
(3)导致光合速率降低的因素包括气孔限制因素（供应不足影响光合作用）和非气孔限制因素（非CO2因素限制光合作用）。本实验中，溶液处理10d时，导致沙棘幼苗光合速率降低的因素主要是 （填“气孔限制因素”或“非气孔限制因素”），出现该种情况可能与沙棘体内 （填植物激素）的调节作用有关。
(4)该研究小组还探究了盐胁迫对沙棘幼苗叶片叶绿素含量的影响，结果如下表所示。
NaCl浓度/（mmol·L-1） 叶绿素a含量/（mg·g-1） 叶绿素b含量/（mg·g-1） 类胡萝卜素含量/（mg·g-1） 叶绿素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若要定性比较不同盐胁迫下沙棘幼苗叶片的叶绿素含量，可以用 （填试剂）提取叶片中的光合色素，再通过纸层析法观察色素带的 。
②由表可知，盐胁迫下，沙棘幼苗叶片中叶绿素和类胡萝卜素的含量均下降，且盐浓度越高，
；同等盐浓度胁迫下，叶绿素a含量降幅大于叶绿素b，可能由于 。
【答案】
(1) 类囊体薄膜 ATP和NADPH
(2) NaCl溶液的浓度和胁迫时间 单位时间、单位叶面积的CO2吸收量（或吸收速率）
(3) 气孔限制因素 脱落酸
(4) 无水乙醇（或体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠） 位置和宽度 下降幅度越大（合理即可） 盐胁对（沙棘幼苗叶片）叶绿素a的破坏作用大于叶绿素b
【分析】
1、叶绿体有内、 外两层膜，其内膜里面充满了浓稠的液体，称为基质。悬浮在基质中的是许多类囊 体。类囊体是由膜形成的碟状的口袋，所有的类囊体连成一体，其中又有许多叠在一 起，称为基粒。组成类囊体的膜被称为光合膜。叶绿素及其他光合色素存在于光合膜上。除了与光合作用有关的色素外，光合膜上还分布了可以将光能转化为化学能的多种蛋白质。在类囊体的空腔内含有多种酶，这些酶与H2O的裂解有关。
2、光合作用的强弱一般用光合速率来表示。光合速率也称光合强度，是指一定量的植物（如一定的叶面积）在单位时间内进行的光合作用，如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。 光合速率受到多种环境因素的影响，其中最重要的因素是光强度、温度和空气中的二氧化碳浓度。
【详解】
（1）组成类囊体的膜被称为光合膜，光进行吸收、传递和转化的叶绿素及其他光合色素存在于光合膜（或类囊体膜）上。光能经光反应后转化为ATP和NADPH中的化学能供暗反应利用。
（2）由图可知，本实验的自变量是NaCl溶液的浓度和胁迫时间，可以用单位时间、单位叶面积的CO2吸收量（或吸收速率）来表示净光合速率。
（3）由图可知，导致沙棘幼苗光合速率降低的因素主要是气孔限制因素，因为气孔导度明显减小，出现该种情况可能与沙棘体内脱落酸的调节作用有关，因为脱落酸能够通过调节保卫细胞的盐浓度促使气孔开闭。
（4）①若要比较不同盐胁迫下沙棘幼苗叶片的叶绿素含量，可以用无水乙醇（或体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠）提取色素，再通过纸层析法观察色素带的位置和宽度来确定扩散的速度和色素的含量。
②由表可知，盐胁迫下，沙棘幼苗叶片中叶绿素和类胡萝卜素的含量均下降，且盐浓度越高，下降幅度越大（下降的越快）；同等盐浓度胁迫下，叶绿素a含量降幅大于叶绿素b，是由于盐胁对（沙棘幼苗叶片）叶绿素a的破坏作用大于叶绿素b。
典例三：特殊代谢类型
（2023·湖南·统考高考真题）下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450μmol·L-1（K越小，酶对底物的亲和力越大）,该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC对CO2的Km为7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题：
(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是 （填具体名称）,该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成 （填"葡萄糖""蔗糖"或"淀粉"）后，再通过 长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度 （填"高于"或"低于"）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 （答出三点即可）。
(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是
（答出三点即可）。
【答案】
(1) 3-磷酸甘油醛 蔗糖 维管组织
(2) 高于 高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸
(3)酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同
【分析】本题主要考查的光合作用过程中的暗反应阶段，也就是卡尔文循环，绿叶通过气孔从外界吸收的 CO2，在特定酶的作用下，与 C5（一种五碳化合物）结合，这个过程称作 CO2 的固定。一分子的 CO2 被固定后，很快形成两个 C3 分子。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；另一些接受能量并被还原的 C3，经过一系列变化，又形成 C5。这些 C5 又可以参与 CO2 的固定。这样，暗反应阶段就形成从 C5 到 C3再到 C5 的循环，可以源源不断地进行下去，因此暗反应过程也称作卡尔文循环。
【详解】
（1）玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的固定过程不同，但其卡尔文循环的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3-磷酸甘油酸，然后直接被还原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，蔗糖在长距离运输时是通过维管组织。
（2）干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。
（3）将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度，而植物的光合作用强度受到很多因素的影响；在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。
一、光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中, Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定;在光下,当O2浓度高、CO2浓度低时,O2会竞争Rubisco酶,在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应,正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%~30%。过程如图所示:
【总结】光呼吸与光合作用的关系
①与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体。光呼吸产生的条件是光照、高O2含量和低CO2含量等。
②在干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP，又可以为暗反应阶段提供原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。
二、C4植物(如玉米)的叶片结构和光合作用过程
C4植物的叶片结构
C4途径的生物学意义在于,热带植物为了防止水分过度蒸发,常常关闭叶片上的气孔,这样空气中的CO2就不易进入叶肉细胞,不能满足光合作用对CO2的需求;而C4途径中能固定CO2的PEP羧化酶对CO2有很高的亲和力,使叶肉细胞能有效地固定和浓缩CO2,供维管束鞘细胞中叶绿体内的C3途径利用。玉米植株中固定CO2的酶的能力要远远强于水稻植株中相应的酶,因此玉米的光合效率大于水稻,特别是在低CO2浓度下,这种差别更为明显。
【总结】
①玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，适于在高温、干燥和强光的条件下生长。
②C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物。
③PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。
三、景天科植物为多年生肉质草本植物,是典型的旱生植物,其气孔下陷,可减少蒸腾作用。与普通植物相比,景天科植物具有一种特殊的CO2固定方式——夜间气孔开放,白天气孔关闭。夜间大气中CO2从气孔进入,被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化,与PEP结合形成草酰乙酸(OAA),再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸,贮存于液泡中。白天,苹果酸从液泡中释放出来,经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸,CO2产生后用于卡尔文循环。
【总结】
①仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合生长于干旱地区，其特点是气孔夜间开放，白天关闭。
②该类植物夜间吸收CO2，淀粉经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与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质基质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。
③该类植物叶肉细胞夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降；白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。
光呼吸可使大豆、水稻和小麦等作物的光合效率降低20%至50%，造成产量损失。光呼吸是由于O2竞争性地结合到卡尔文循环关键酶Rubisco酶上，引起核酮糖1，5二磷酸（C5）加氧分解。下图1表示叶肉细胞中有关代谢，其中②、④、⑧、⑨代表光呼吸过程。请据图回答下列问题：
在红光照射条件下，参与途径①的主要色素是 ；Rubisco酶主要分布在
中，催化CO2与C5结合，生成2分子C3。
(2)当环境中O2与CO2含量比值 （填“偏高”或“偏低”）时，叶片容易发生光呼吸。
(3)从能量代谢分析，光呼吸与有氧呼吸最大的区别是 。
(4)水稻、小麦属于C3植物，而高粱、玉米属于C4植物，其特有的C4途径如图2所示。根据图中信息推测，PEP羧化酶比Rubisco酶对CO2的亲和力 ，使得维管束鞘细胞的CO2浓度比叶肉细胞 ，进一步推测C4植物光呼吸比C3植物 。
(5)根据对光呼吸机理的研究，科研人员利用基因编辑手段设计了只在叶绿体中完成的光呼吸替代途径AP（依然具有降解乙醇酸产生CO2的能力）。同时利用RNA干扰技术，降低叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白的表达量。检测三种不同类型植株的光合速率，实验结果如图3所示。
据此回答：三种类型植株中，AP+RNA干扰型光合速率最高的原因可能是：
，进而促进光合作用过程。
【答案】
(1) 叶绿素和类胡萝卜素 叶绿体基质
(2)偏高
(3)光呼吸消耗ATP，有氧呼吸产生ATP
(4) 更强 更高 更低
(5)乙醇酸转运蛋白减少，叶绿体内乙醇酸浓度高，在叶绿体内的CO2浓度更高
【分析】据图1可知，光呼吸过程O2竞争性地结合到卡尔文循环关键酶Rubisco上，引起核酮糖-1，5二磷酸（C5）加氧分解，2-磷酸甘油酸，再转变成乙醇酸，乙醇酸被氧化，形成二氧化碳再释放出去，这是一个相当复杂的过程，这一系列反应是在三种细胞器中完成的，它们分别是叶绿体、过氧化物体以及线粒体。
【详解】
（1）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，在红光照射条件下，参与途径①水光解过程的主要色素是叶绿素和类胡萝卜素，Rubisco酶参与暗反应阶段（卡尔文循环），故Rubisco酶主要分布在叶绿体基质中。
（2）环境中O2与CO2含量比值会影响光呼吸过程，当环境中O2与CO2含量比值偏高时，O2竞争性地结合到卡尔文循环关键酶Rubisco上，叶片容易发生光呼吸。
（3）光呼吸与有氧呼吸最大的区别是光呼吸需要消耗ATP，有氧呼吸能产生ATP。
（4）据图2可知，CO2的浓度较低时也能发生C4途径，故PEP羧化酶比Rubisco酶对CO2的亲和力更强，使得维管束鞘细胞的CO2浓度比叶肉细胞更高，光合作用强，且C4植物光呼吸比C3植物更低。
（5） 据图3可知，当胞间CO2浓度较高时，三种类型植株中，AP＋RNA干扰型光合速率最高的原因可能是乙醇酸转运蛋白减少，叶绿体内乙醇酸浓度高、AP途径能够更快速高效地降解乙醇酸产生CO2造成的，进而促进该植物光合作用过程。
1．（2023全国乙）植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭，保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K ．有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。
(1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、 （答出2点即可）等生理过程。
(2)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是
。
(3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是 。
(4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔 （填“能”或“不能”）维持一定的开度。
【答案】
(1)光合作用和呼吸作用
(2)叶绿体中的叶绿素对红光有较高的吸收峰值，红光照射下保卫细胞进行光合作用制造有机物，使保卫细胞的渗透压上升，细胞吸水膨胀，气孔开放
(3)蓝光作为信号能促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，使保卫细胞渗透压上升，细胞吸水膨胀，气孔张开
(4)能
【分析】
1、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。
2、气孔既是CO2进出的场所，也是蒸腾作用的通道，气孔张开既能增加蒸腾作用强度，又能保障CO2供应，使光合作用正常进行。
【详解】
（1）气孔是植物体与外界气体交换的通道，光合作用、呼吸作用与蒸腾作用中氧气、二氧化碳和水蒸气都是经过气孔进出植物叶肉细胞的，故气孔开闭影响植物的光合作用、呼吸作用和蒸腾作用等生理过程。
（2）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。红光照射下保卫细胞进行光合作用制造的有机物，使细胞的渗透压，促进保卫细胞吸水，细胞体积膨涨，气孔开放。
（3）题中显示，蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+，提高了细胞的渗透压，保卫细胞吸水能力增强，体积膨大，气孔开放，因此，在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大。
（4）保卫细胞渗透压的调节有光合作用产生有机物的因素，还有非光合作用因素----蓝光照射引起钾离子的吸收。所以当光合作用被阻断，钾离子在蓝光的调节下仍可以进入细胞，提高细胞的渗透压，引起细胞吸水，气孔维持一定开度。
2．（2023海南卷）海南是我国火龙果的主要种植区之一、由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图。

回答下列问题。
(1)光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是 ；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第 条。
(2)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是 ，该光源的最佳补光时间是 小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是 。
(3)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源，设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度（简要写出实验思路）。
【答案】
(1) 叶绿素（或叶绿素a和叶绿素b） 一和二
(2) 红光+蓝光 6 不同的补光时间条件下，红光+蓝光光源组平均花朵数均最多
(3)三组长势相同，成花诱导完成的火龙果植株，经不同光照强度的白光处理相同时间到果实成熟时(其他条件相同且适宜)，分别测量不同组火龙果产量，产量最高的组的光线对应最适光线强度
【分析】
1、光合色素的提取和分离实验中，用纸层析法分离叶绿体色素的原理为，不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，分离后获得4条色素带，由下到上分别为叶绿素b（黄绿色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶黄素（黄色）、胡萝卜素（橙黄色），其中叶绿素a和叶绿素b统称为叶绿素，主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素统称为类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
2、分析题图，补光时间为6小时/天，且红光+蓝光组平均花朵数最多，即在此条件下最有利于火龙果成花。
【详解】
（1）火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是叶绿素a和叶绿素b，二者统称为叶绿素。用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第一条和第二条。
（2）根据实验结果，三种补光光源中最佳的是红光+蓝光，因为在不同补光时间条件下，红光+蓝光组平均花朵数都最多，该光源的补光时间是6小时/天时，平均花朵数最多，所以最佳补光时间是6小时/天。
（3）本实验要求对三种不同光照强度的白色光源，探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度，所以将生长状况相同的火龙果分三组，成花诱导完成后，经不同光照强度的白光处理相同时间到果实成熟时(其他条件相同且适宜)，分别测量不同组火龙果产量，产量最高的组的光线对应最适光线强度。
3．（2023江苏）气孔对植物的气体交换和水分代谢至关重要，气孔运动具有复杂的调控机制。图1所示为叶片气孔保卫细胞和相邻叶肉细胞中部分的结构和物质代谢途径。①~④表示场所。请回答下列问题：

(1)光照下，光驱动产生的NADPH主要出现在 （从①~④中选填）；NADPH可用于CO2固定产物的还原，其场所有 （从①~④中选填）。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、 （填写2种）等。
(2)研究证实气孔运动需要ATP，产生ATP的场所有 （从①~④中选填）。保卫细胞中的糖分解为PEP，PEP再转化为 进入线粒体，经过TCA循环产生的 最终通过电子传递链氧化产生ATP。
(3)蓝光可刺激气孔张开，其机理是蓝光激活质膜上的AHA，消耗ATP将H+泵出膜外，形成跨膜的 ，驱动细胞吸收K+等离子。
(4)细胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并进一步转化成Mal，使细胞内水势下降（溶质浓度提高），导致保卫细胞 ，促进气孔张开。
(5)保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关，为了研究淀粉合成与细胞质中ATP的关系，对拟南芥野生型WT和NTT突变体ntt1（叶绿体失去运入ATP的能力）保卫细胞的淀粉粒进行了研究，其大小的变化如图2．下列相关叙述合理的有______。

A．淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP
B．光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关
C．光照条件下突变体ntt1几乎不能进行光合作用
D．长时间光照可使WT叶绿体积累较多的淀粉
【答案】
(1) ④ ①④ K+等无机离子、苹果酸（Mal）等有机酸
(2) ①②④ 丙酮酸 NADH
(3)氢离子电化学势能
(4)吸水膨胀（或吸水或膨胀）
(5)ABD
【分析】题图分析，图中①表示细胞质基质，②表示线粒体，③表示液泡，④为叶绿体。
【详解】
（1）光照下，光驱动产生的NADPH主要出现在④叶绿体中；NADPH可用于CO2固定产物的还原，据图可知，OAA的还原也需要NADPH的参与，NADPH用于CO2固定产物还原的场所有①④。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、钾离子等无机盐离子和Mal等有机酸，其中钾离子和Mal影响细胞液的渗透压，进而影响保卫细胞的吸水力，影响气孔的开闭。
（2）研究证实气孔运动需要ATP，叶绿体可通过光反应产生ATP，细胞呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，因此产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体，即图中的①②④。保卫细胞中的糖分解为PEP，PEP再转化为丙酮酸进入线粒体参与有氧呼吸的第二、三阶段，经过TCA循环产生的NADH最终通过电子传递链氧化产生ATP，即有氧呼吸的第三阶段。
（3）蓝光可刺激气孔张开，其机理是蓝光激活质膜上的AHA，消耗ATP将H+泵出膜外，形成跨膜的氢离子浓度梯度，并提供电化学势能驱动细胞吸收K+等离子，进而提高细胞液浓度，促进细胞吸水，进而表现为气孔张开。
（4）细胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并进一步转化成Mal，进入到细胞液中，使细胞内水势下降（溶质浓度提高），导致保卫细胞吸水膨胀，促进气孔张开。
（5）A、结合图示可知，黑暗时突变体ntt1淀粉粒面积远小于WT，突变体ntt1叶绿体失去运入ATP的能力，据此推测保卫细胞淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP ，A正确；
B、保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关，结合图1可以看出，光照条件会促进保卫细胞淀粉粒的水解，光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关，B正确；
C、NTT突变体ntt1叶绿体失去运入ATP的能力，光照条件下突变体ntt1保卫细胞的的淀粉粒几乎无变化，不能说明该突变体不能进行光合作用，C错误；
D、结合图示可以看出，较长时间光照可使WT叶绿体面积增大，因而推测，积累较多的淀粉，D正确。
故选ABD.。
4．（2023·河北·统考高考真题）拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段，叶肉细胞H基因表达量下降，细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。
回答下列问题：
(1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在 合成，经细胞质基质进入叶绿体。
(2)光照时，叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能，将其转化为ATP和 中的化学能，这些化学能经 阶段释放并转化为糖类中的化学能。
(3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达，对转H基因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理，之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度，结果如图。相对于非转基因细胞，转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显 。据此推测，H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被 （填“叶绿体”或“线粒体”）大量消耗，细胞有氧呼吸强度 。

(4)综合上述分析，叶肉细胞通过下调 阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体，从而防止线粒体 ，以保证光合产物可转运到其他细胞供能。
【答案】
(1)线粒体（或“线粒体内膜”）
(2) NADPH（或“还原型辅酶Ⅱ”） 暗反应（或“卡尔文循环”）
(3) 降低 叶绿体 升高
(4) H基因表达（或“H蛋白数量”） 过多消耗光合产物（或“有氧呼吸增强”）
【分析】由题干可知，拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育需要来自细胞质基质的ATP，ATP是细胞中的直接能源物质，主要细胞呼吸和光合作用产生，其中细胞呼吸产生的ATP可以用于各种生命活动，因此未成熟的叶绿体发育所需的ATP来自细胞呼吸，细胞有氧呼吸产生大量ATP，有氧呼吸的场所主要在线粒体，因此细胞线粒体产生大量ATP通过叶绿体膜上的H蛋白转运至叶绿体促进其发育。待叶绿体发育成熟，H基因表达量下降，细胞有氧呼吸产生的ATP向叶绿体转运受阻，ATP可用于其他的生命活动，避免有机物的过度消耗。
【详解】
（1）由题干可知，拟南芥幼苗叶肉细胞的叶绿体仍在发育且时，消耗的ATP主要来自自身线粒体。线粒体通过有氧呼吸为细胞提供生命活动所需的大约95%的能量。线粒体中能够大量合成ATP的化学反应在线粒体内膜上进行。
（2）在植物光合作用的光反应阶段，光能被光合色素捕获后，转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。在暗反应阶段ATP和NADPH中的化学能再进一步转化固定到糖类等有机物中。
（3）由图可知，叶绿体成熟的非转基因叶肉细胞中H基因表达下调，细胞质基质ATP浓度远高于叶绿体基质。H基因过表达后，细胞质基质中ATP含量下降，且叶绿体基质中ATP含量未显著升高，表明叶绿体消耗了从细胞质基质中转入的ATP。推测，H基因过表达后，大量的ATP转运至叶绿体中被消耗，细胞需代偿性提高线粒体呼吸强度，以补充细胞质基质中的ATP。
（4）由题分析可知，ATP由细胞质基质向叶绿体转运过程中，H转运蛋白的数量是限制运输速率的一个主要因素。叶绿体成熟的叶肉细胞中H基因的表达下调，H转运蛋白的数量减少，进而ATP向叶绿体的流入被有效阻止，细胞质基质ATP可保持正常生理水平，从而避免了线粒体呼吸作用的额外增强、过多消耗光合产物，保证光合产物能被转运到其他细胞供能。
5.（2023全国甲）某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后糖产生。回答下列问题。
(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是 （答出1种即可）。叶绿体中光合色素分布 上，其中类胡萝卜素主要吸收 （填“蓝紫光”“红光”或“绿光”）。
(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是
。
(3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。
【答案】
(1) 差速离心 类囊体（薄）膜 蓝紫光
(2)悬液中具有类囊体膜以及叶绿体基质暗反应相关的酶，但黑暗条件下，光反应无法进行，暗反应没有光反应提供的原料ATP和NADPH，所以无法形成糖类。
(3)思路：将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲乙两组，两组植物应均进行饥饿处理（置于黑暗中一段时间消耗有机物），甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲乙两组的叶绿体，脱绿后制作成匀浆，分别加入碘液后观察。结果：甲组匀浆出现蓝色，有淀粉产生；乙组无蓝色出现，无淀粉产生。
【分析】叶绿体中的光合色素分布在类囊体膜上，光合色素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。
【详解】
（1）植物细胞器的分离方法可用差速离心法，叶绿体中的光合色素分布在类囊体膜上，光合色素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。
（2）光合作用光反应和暗反应同时进行，黑暗条件下无光，光反应不能进行，无法为暗反应提供原料ATP和NADPH，暗反应无法进行，产物不能生成。
（3）要验证叶绿体中有光合作用产物淀粉，需要将叶绿体提取出来并检测其中淀粉。因此将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲乙两组，先进行饥饿处理，排除原有淀粉的干扰。之后甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲乙两组的叶绿体，需要脱绿处理，制作成匀浆，分别加入碘液后观察。
预期的结果：甲组匀浆出现蓝色，有淀粉产生；乙组无蓝色出现，无淀粉产生。
6．（2023·辽宁·统考高考真题）花生抗逆性强，部分品种可以在盐碱土区种植。下图是四个品种的花生在不同实验条件下的叶绿素含量相对值（SPAD）（图1）和净光合速率（图2）。回答下列问题：

(1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 ，主要吸收 光，可用 等有机溶剂从叶片中提取。
(2)盐添加量不同的条件下，叶绿素含量受影响最显著的品种是 。
(3)在光照强度为500μmol·m2·s 、无NaCl添加的条件下，LH12的光合速率 （填“大于”“等于”或“小于"）HH1的光合速率，判断的依据是 。在光照强度为1500μmolm2·s-1、NaCl添加量为3．0g·kg 的条件下，HY25的净光合速率大于其他三个品种的净光合速率，原因可能是HY25的 含量高，光反应生成更多的 ，促进了暗反应进行。
(4)依据图2，在中盐（2．0g·kg-1）土区适宜选择种植 品种。
【答案】
(1) 叶绿素a和叶绿素b 红光和蓝紫 无水乙醇
(2)HH1
(3) 大于 在光照强度为500μmol·m2·s 、无NaCl添加的条件下，LH12的净光合速率和HH1的净光合速率相同，但由于前者的呼吸速率大于后者，且总光合速率等于净光合速率和呼吸速率之和， 叶绿素 ATP和NADPH
(4)LH12
【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（溶解色素）、石英砂（使研磨更充分）和碳酸钙（防止色素被破坏）；分离色素时采用纸层析法，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，最后的结果是观察到四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）。
【详解】（1）花生叶肉细胞中的叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，主要吸收红光和蓝紫光，可用无水乙醇等有机溶剂从叶片中提取，因为叶片中的色素能溶解到有机溶剂中。
（2）结合图1实验结果可以看出，盐添加量不同的条件下，叶绿素含量受影响最显著的品种是HH1，因为该品种的叶绿素含量受盐浓度变化影响更显著。　
（3）在光照强度为500μmol·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下，LH12的净光合速率和HH1的净光合速率相同，但由于前者的呼吸速率大于后者，且总光合速率等于净光合速率和呼吸速率之和，因此可以判断，LH12的光合速率大于HH1的光合速率。在光照强度为1500μmolm-2·s-1、NaCl添加量为3．0g·kg 的条件下，HY25的净光合速率大于其他三个品种的净光合速率，原因可能是HY25的叶绿素含量高与其他三个品种，光反应生成更多的ATP和NADPH，进而促进了暗反应进行，提高了光合速率。
（4）根据图2数据可知，在中盐（2．0g·kg-1）土区适宜选择种植LH12品种，因为该条件下，该品种的净光合速率更大，说明产量更高，因而更适合在该地区种植。
7.（2023·山东·高考真题）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体（PSⅡ）造成损伤，使PSⅡ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭（NPQ）将过剩的光能耗散，减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：①修复损伤的PSⅡ；②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。

(1)该实验的自变量为 。该实验的无关变量中，影响光合作用强度的主要环境因素有 （答出2个因素即可）。
(2)根据本实验， （填“能”或“不能”）比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱，理由是 。
(3)据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量 （填“多”或“少”）。若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是 。
【答案】
(1) 光、H蛋白 CO2浓度、温度
(2) 不能 突变体PSⅡ系统光损伤小但不能修复，野生型光PSⅡ系统损伤大但能修复
(3) 少 突变体PNQ高，PSⅡ系统损伤小，虽然损伤不能修复，但是PSⅡ活性高，光反应产物多
【分析】光合作用过程：
（1）光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP和NADPH的生成；
（2）暗反应场所在叶绿体的基质，发生CO2的固定和C3的还原，消耗ATP和NADPH。
【详解】
（1）据题意拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，结合题图分析实验的自变量有光照、H蛋白；影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分等。
（2）据图分析，强光照射下突变体的NPQ/相对值比野生型的NPQ/相对值高，能减少强光对PSⅡ复合体造成损伤。但是野生型含有H蛋白，能对损伤后的PSⅡ进行修复，故不能确定强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱。
（3）据图分析，强光照射下突变体中NPQ/相对值，而NPQ能将过剩的光能耗散，从而使流向光合作用的能量减少；突变体的NPQ强度大，能够减少强光对PSII的损伤且减少作用大于野生型H蛋白的修复作用，这样导致突变体的PSⅡ活性高，能为暗反应提供较多的NADPH和ATP促进暗反应进行，因此突变体的暗反应强度高于野生型。
8．（2022·全国甲·高考真题）根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。
(1)不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是
（答出3点即可）。
(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是 （答出1点即可）。
(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，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体结构
(3)C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2
【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段：（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）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和[H]的作用下还原生成糖类等有机物是指绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转变成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。
【详解】（1）光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体膜上，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、[H]和ATP。
（2）叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。
（3）C4植物的CO2固定途径有C4和C3途径，其主要的CO2固定酶是PEPC，Rubisco；而C3植物只有C3途径，其主要的CO2固定酶是Rubisco。干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收减少；由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。
9．（2023·浙江·统考高考真题）植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下：CK组（白光）、A组（红光：蓝光=1：2）、B组（红光：蓝光=3：2）、C组（红光：蓝光=2：1），每组输出的功率相同。

回答下列问题：
(1)光为生菜的光合作用提供 ，又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，根细胞会因 作用失水造成生菜萎蔫。
(2)由图乙可知，A、B、C组的干重都比CK组高，原因是 。由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为 ，最有利于生菜产量的提高，原因是
。
(3)进一步探究在不同温度条件下，增施CO2对生菜光合速率的影响，结果如图丙所示。由图可知，在25℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳，判断依据是 。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以 ，使光合速率进一步提高，从农业生态工程角度分析，优点还有 。
【答案】
(1) 能量 渗透
(2) 光合色素主要吸收红光和蓝紫光 红光：蓝光=3：2 叶绿素和含氮物质的含量最高,光合作用最强
(3) 光合速率最大且增加值最高
升高温度 减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生
【分析】影响光合作用的因素有温度、光照强度、二氧化碳浓度、叶绿素的含量，酶的含量和活性等。
【详解】（1）植物进行光合作用需要在光照下进行，光为生菜的光合作用提供能量，又能作为信号调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，造成外界溶液浓度高于细胞液浓度，根细胞会因渗透作用失水使植物细胞发生质壁分离，造成生菜萎蔫。
（2）分析图乙可知，与CK组相比，A、B、C组的干重都较高。结合题意可知，CK组使用的是白光照射，而A、B、C组使用的是红光和蓝紫光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，故A、B、C组吸收的光更充分，光合作用速率更高，积累的有机物含量更高，植物干重更高。由图乙可知，当光质配比为B组（红光：蓝光=3：2）时，植物的干重最高；结合图甲可知，B组植物叶绿素和氮含量都比A组（红光：蓝光=1：2）、C组（红光：蓝光=2：1）高，有利于植物充分吸收光能用于光合作用，即B组植物的光合作用速率大于A组（红光：蓝光=1：2）、C组（红光：蓝光=2：1）两组，有机物积累量最高，植物干重最大，最有利于生菜产量的增加。
（3）由图可知，在25℃时，提高CO2浓度时光合速率增幅最高，因此，在25℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以升高温度，使光合作用有关的酶活性更高，使光合速率进一步提高。从农业生态工程角度分析，优点还有减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生等。
10．（2021·全国·高考真题）生活在干旱地区的一些植物（如植物甲）具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
（1）白天叶肉细胞产生ATP的场所有 。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和 释放的CO2。
（2）气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止 ，又能保证 正常进行。
（3）若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。 （简要写出实验思路和预期结果）
【答案】
细胞质基质、线粒体、叶绿体（类囊体薄膜） 细胞呼吸
蒸腾作用丢失大量水分 光合作用（暗反应）
实验思路：取若干生理状态相同的植物甲，平均分为A、B两组并于夜晚测定其细胞液pH值。将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其它条件保持相同且适宜。一段时间后，分别测定A、B两组植物夜晚细胞液的pH值并记录。
预期结果：A组pH值小于B组，且B组pH值实验前后变化不大，说明植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。
【分析】据题可知，植物甲生活在干旱地区，为降低蒸腾作用减少水分的散失，气孔白天关闭、晚上打开。白天气孔关闭时：液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，光合作用生成的氧气和有机物可用于细胞呼吸，白天能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体；而晚上虽然气孔打开，但由于无光照，叶肉细胞只能进行呼吸作用，能产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体。
【详解】
（1）白天有光照，叶肉细胞能利用液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2进行光合作用，也能利用光合作用产生的氧气和有机物进行有氧呼吸，光合作用光反应阶段能将光能转化为化学能储存在ATP中，有氧呼吸三阶段都能产生能量合成ATP，因此叶肉细胞能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体（线粒体基质和线粒体内膜）、叶绿体类囊体薄膜。光合作用为有氧呼吸提供有机物和氧气，反之，细胞呼吸（呼吸作用）产生的二氧化碳也能用于光合作用暗反应，故光合作用所需的CO2可来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸（或呼吸作用）释放的CO2。
（2）由于环境干旱，植物吸收的水分较少，为了维持机体的平衡适应这一环境，气孔白天关闭能防止白天因温度较高蒸腾作用较强导致植物体水分散失过多，晚上气孔打开吸收二氧化碳储存固定以保证光合作用等生命活动的正常进行。
（3）该实验自变量是植物甲所处的生存环境是否干旱，由于夜间气孔打开吸收二氧化碳，生成苹果酸储存在液泡中，导致液泡pH降低，故可通过检测液泡的pH验证植物甲存在该特殊方式，即因变量检测指标是液泡中的pH值。
实验思路：取若干生理状态相同的植物甲，平均分为A、B两组并于夜晚测定其细胞液pH值。将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其它条件保持相同且适宜。一段时间后，分别测定A、B两组植物夜晚细胞液的pH值并记录。
预期结果：A组pH值小于B组，且B组pH值实验前后变化不大，说明植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。
【点睛】解答本题的关键是明确实验材料选取的原则，以及因变量的检测方法和无关变量的处理原则。
1.（2024·广东梅州·统考一模）盐胁迫会影响光合作用从而导致作物减产，是现阶段农业生产面临的主要问题之一。为了解盐胁迫对玉米光合作用的影响，科研人员进行了相关的研究，部分实验结果如下表所示。请回答下列问题：
处理 气孔导度/（μmol·m-2·s-1） 胞间CO2浓度/（μmol·L-1） 叶绿素a/（mg·g-1） 叶绿素b（mg·g-1）
对照（CK） 0.114 56.33 2.55 1.18
低盐胁迫 0.104 72.47 2.31 1.05
高盐胁迫 0.087 88.13 2.01 0.87
(1)玉米叶肉细胞的叶绿素主要吸收的光为 。可用 法分离绿色植物叶绿体中的色素，色素在滤纸条上的扩散速度与 有关。
(2)请根据表中数据分析并推测，盐胁迫下导致胞间CO2浓度增加的主要原因可能是 。
(3)研究表明，盐胁迫下会使植物体内的脯氨酸（Pro）含量升高，从而减少盐胁迫对水分吸收的影响，可能的原因是 。
(4)为探究脯氨酸可通过提高液泡内 Na 浓度来增强植物的吸水能力，科学家以脯氨酸合成相关的基因敲除突变体为材料，然后模拟盐胁迫环境处理，则检测指标应包括 （答出2点）。
【答案】
(1) 红光和蓝紫光 纸层析 色素在层析液中的溶解度
(2)盐胁迫致使叶绿素含量减少，ATP和NADPH的含量减少，降低了C3的还原，使玉米对CO2的利用率降低
(3)植物体内的脯氨酸（Pro）含量增加，能增加细胞内的渗透压，有利于植物渗透作用吸水
(4)液泡内Na+浓度、植株吸水能力
【分析】绿叶中色素的提取和分离：
(1)提取色素原理：色素能溶解在酒精或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水酒精等提取色素。
(2)分离色素原理：各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素，溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢。
【详解】
（1）玉米叶肉细胞的叶绿素主要吸收的光为红光和蓝紫光。不同色素在层析液中的溶解度不同，故分离叶绿体中的色素的方法是纸层析法。叶绿体色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的在滤纸条上扩散的速度快，反之则慢，所以四种色素在滤纸条上的扩散速度与其在层析液中的溶解度有关。
（2）分析表格数据可知，盐胁迫致使叶绿素含量减少，ATP和NADPH的含量减少，降低了C3的还原，使玉米对CO2的利用率降低，故盐胁迫下导致胞间CO2浓度增加。
（3）植物体内的脯氨酸（Pro）含量增加，能增加细胞内的渗透压，有利于植物渗透作用吸水，故盐胁迫下会使植物体内的脯氨酸（Pro）含量升高，从而减少盐胁迫对水分吸收的影响。
（4）研究脯氨酸通过提高液泡内Na+浓度增强植物吸水能力，应以脯氨酸基因敲除突变体为实验组的材料、模拟盐碱胁迫环境处理，并检测液泡内Na+浓度、植株吸水能力等。
2．（2024·全国·统考一模）PSⅡ是类囊体膜上的光合色素蛋白复合体，能吸收光能并将水分解，是光反应中光能吸收和转化的关键因素。为研究PSⅡ在光能吸收和转化中的作用，研究人员取某植物幼苗若干，均分成5组，分别用相同强度的红光（R）、黄光（Y）、蓝光（B）、紫外光（UV）等单光质和白光（W）五种LED光源照射30天后，检测不同处理条件下的光合色素的含量，以及Fv/Fm值和Fv'/Fm'值，结果如下：
LED 不同光质对光合色素含量的影响
处理 叶绿素（mg/g干重） 类胡萝卜素（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吸收光能转化光能的最大效率Fv'/Fm'值表示PSⅡ吸收光能后转化为化学能的效率据所学知识和实验结果回答问题：
(1)检测光合色素含量时，用 提取绿叶中的色素。PSⅡ利用自身的光合色素吸收光能，将水分解为O2和 ，并释放两个电子，用于 的合成。
(2)采用LED光源处理植物幼苗而不用普通光源，原因是 。据表可知，与白光对照组（W组）相比， 光能够显著提高幼苗中叶绿素的含量。
(3)据图可知，与W组相比，经过四种单光质处理后， 光更有利于该植物合成有机物，判断依据是： 。
(4)植物吸收的光能只有3条去路：光合作用、叶绿素荧光和热。与W组相比，在黄光（Y）条件下，Fv/Fm值较大，但Fv/Fm'值却较小，植物将以 形式耗散掉多余的光能，否则强光将对植物产生伤害。
【答案】
(1) 无水乙醇 H+ NADPH
(2)LED光源比普通光源产热少，减少无关变量干扰（或减少温度升高对实验结果的影响） 蓝光（或B）和紫外光（或UV）
(3) 紫外光/UV 紫外光处理时，Fv/Fm值和Fv'/Fm'值增大都是最大的，说明紫外光吸收与转化效率高，并且吸收的光能用于合成有机物的效率最高
(4)叶绿素荧光和热
【分析】
1、绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。
2、光合作用：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。能量转换：光能转化为有机物中活跃的化学能，再转化为有机物中稳定的化学能。
【详解】
（1）绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。光反应阶段是光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，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，将水分解为O2和H+并释放两个电子，用于NADPH的合成；
（2） LED光源是冷光源不会产生热，采用LED光源处理植物幼苗而不用普通光源，原因是LED光源比普通光源产热少，减少无关变量干扰（或减少温度升高对实验结果的影响），排除了温度对实验结果的影响。据图1可知，与白光对照组(W组)相比，蓝光（或B）和紫外（UV）光能够显著提高幼苗中叶绿素的含量；
（3）据图可知紫外光处理时，Fv/Fm值和Fv'/Fm'值增大都是最大的，说明紫外光吸收与转化效率高，并且吸收的光能用于合成有机物的效率最高UV组的Fv'/Fm'值最大，即PSⅡ吸收光能后转化为化学能的效率最大，更有利于该植物合成有机物，因此紫外光（或UV）更有利于该植物合成有机物；
（4）Fv/Fm值表示PSⅡ吸收光能转化光能的最大效率，Fv'/Fm'值表示PSⅡ吸收光能后转化为化学能的效率。与W组相比，在黄光(Y)条件下，Fv/Fm值较大，但Fv//Fm'值却较小，说明黄光使光能转化光能的比率更大。植物吸收的光能只有3条去路：光合作用、叶绿素荧光和热。结合题干可知植物将以叶绿素荧光和热的形式耗散掉多余的光能，否则强光将对植物产生伤害。
3．（2024·广东深圳·统考一模）缺镁是导致龙眼叶片黄化的主要原因。为探究缺镁对龙眼光合作用的影响，研究人员做了相关研究，结果如图1和图2。
回答下列问题：
(1)缺镁导致净光合速率下降的原因是缺镁会导致叶绿体 上的叶绿素含量下降，影响光反应 的产生，进而影响暗反应；另一方面，根据图1可知，龙眼缺镁会导致 ，从而影响净光合速率。
(2)CO2从气孔进入细胞间，主要通过 方式进入叶肉细胞叶绿体基质中与C5结合产生C3，这一反应过程称为 。根据图2数据，缺镁组净光合速率下降的主要原因并不是气孔相对开度，阐述你的依据是 。
(3)为了进一步研究龙眼缺镁对叶绿素a和叶绿素b含量的影响，研究人员进行了相关实验，简要写出研究思路 。
【答案】
(1) 类囊体 ATP和NADPH 呼吸速率增强
(2) 自由扩散 CO2的固定 缺酶组气孔相对开度降低，细胞间CO2浓度增加并且高于对照组，表明缺镁导致净光合速率下降并不是气孔相对开度。
(3)采用缺镁植株的（黄化叶片）进行 色素的提取和分离，分析缺镁与叶绿素a和叶绿素b含量的关系。
【分析】叶绿素的提取利用无水乙醇，叶绿素的分离采用纸层析法。镁影响叶绿素的合成，进而影响对光能的吸收，降低光合作用。
【详解】
（1）缺镁会导致叶绿体类囊体上的叶绿素含量下降，影响光反应阶段NADPH和ATP的合成，进而影响暗反应；根据图1所示，龙眼缺镁会导致呼吸速率增强，进而导致净光合速率下降。
（2）CO2从气孔进入细胞间，然后主要通过自由扩散的方式进入叶绿体基质，与C5结合产生C3，即CO2的固定。另外根据图2所示，缺酶组气孔相对开度降低，并且细胞间CO2浓度增加并且高于对照组，表明缺镁导致净光合速率下降并不是气孔相对开度。
（3）为了进一步研究龙眼缺镁对叶绿素a和叶绿素b含量的影响，我们可以利用叶绿素的提取和分离实验的原理进行：利用无水乙醇提取对照组和缺镁组的叶绿素，然后利用纸层析法进行分离，通过比较叶绿素a和叶绿素b的条带宽窄来确定缺镁对叶绿素a和叶绿素b含量的影响。
4．（2024·广东湛江·统考一模）海洋浮游植物光合作用固定的碳量约占全球40%，铁对浮游植物三角褐指藻的光合作用有重要影响。缺铁会导致光系统Ⅱ（PSⅡ系统，能利用从光中吸收的能量裂解水）中的蛋白质含量显著下降。图1是光合作用的某一反应阶段示意图（图中PSⅠ代表光系统Ⅰ，能在相关酶的催化下，把NADP+还原为NADPH）。据此回答下列问题：
(1)图1所示的反应发生在叶绿体的 上，图中ATP合成的直接能量来源是 。缺铁导致PSⅡ系统中的蛋白质含量显著下降，使图中电子传递受到影响，从而降低 （选填“ATP”或“NADPH”或“ATP和NADPH”）的合成。
(2)图1所示反应过程中捕光色素的光氧化会产生大量自由基，这些自由基会破坏蛋白质和核酸，而SOD具有清除自由基的作用。图2为铁对三角褐指藻细胞中SOD含量的影响，根据SOD含量的变化结合光合作用暗反应阶段，分析缺铁导致光合作用速率下降的原因： 。
(3)缺铁会使三角褐指藻的光合色素含量降低，其中降低最明显的是叶绿素a。请根据所学知识设计实验证明上述结论，实验设计思路： 。
【答案】
(1) 类囊体薄膜 H+的浓度差（或H+的电势能） ATP和NADPH
(2)缺铁导致SOD含量下降，自由基积累，破坏暗反应中酶的结构，导致暗反应减弱
(3)利用无水乙醇提取光合色素，用层析液和纸层析法分离色素后，比较可知缺铁组比加铁组在滤纸条上蓝绿色色素带的宽度明显窄，其余三条色素带无明显差异。
【分析】 光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，其中光反应包括水的光解和ATP的生成，暗反应包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原等。
【详解】
（1）据图可知，图1可以发生水的光解，故图1为光反应阶段，发生在类囊体薄膜上，ATP合成的直接能量来源是H+跨膜运输的电势能；电子传递受影响，可直接影响NADPH的合成，也通过影响水的分解产生的H+，从而影响ATP的合成。
（2）分析题意，捕光色素的光氧化会产生大量自由基，这些自由基会破坏蛋白质和核酸，而SOD具有清除自由基的作，结合图示可知，缺铁导致光合作用速率降低，原因为缺铁导致SOD含量下降，自由基积累，破坏暗反应中酶的结构，导致暗反应减弱。
（3）利用无水乙醇提取光合色素后，用层析液和纸层析法分离色素，比较可知缺铁组比加铁组在滤纸条上蓝绿色色素带的宽度明显窄，其余三条色素带无明显差异。
5．（2024·四川成都·统考二模）苋菜是我国南方常见的一种夏季蔬菜，嫩叶和茎部分可食用，口感鲜嫩，具有抗癌、抗菌、抗糖尿病和抗高血压等作用。大棚种植能通过控制温度和光照等条件，使人们在冬季也能吃上苋菜。回答下列问题。
(1)在阳光充足的白天，苋菜叶肉细胞产生的氧气的去路是 和 。
(2)在冬季，为了升高大棚内的温度，农民常常在大棚内焚烧秸秆，除了能快速升高温度外，这种方法的好处还有 （答出2点即可）。
(3)冬季白天大棚需要将温度控制在：25°C左右，晚上则控制在10°C左右，从增大苋菜产量的角度分析，这样做的原因是 。
【答案】
(1) 进入线粒体参与细胞呼吸 释放到外界大气中
(2)增加大棚内二氧化碳浓度，增加土壤肥力
(3)白天适当升温提高光合作用强度，增加有机物的积累量，夜间温度低，降低细胞呼吸强度，减少有机物的消耗，提高蔬菜产量
【分析】影响光合作用的外界条件：光照强度、温度、二氧化碳浓度、水分等。白天适当升温提高光合作用强度，增加有机物的积累量，夜间温度低，降低细胞呼吸强度，减少有机物的消耗，提高蔬菜产量。
【详解】
（1）阳光充足的白天，光合作用强度大于细胞呼吸强度，苋菜叶肉细胞产生的氧气一部分用于自身线粒体的细胞呼吸，其余的释放到外界大气中。
（2）大棚内焚烧秸秆，除了能快速升高温度外，秸秆焚烧能释放二氧化碳，另外秸秆焚烧后的灰烬中含有大量的矿物质和有机质，可以增加土壤的肥力。
（3）白天将温度控制在25°C左右，有利于光合作用的进行，增加有机物的积累量，晚上控制在10°C左右，降低细胞呼吸强度，减少有机物的消耗，提高蔬菜产量。
6．（2024·江苏南通·统考一模）光照过强时还原能的积累会导致自由基的产生，损伤膜结构。光呼吸（图中虚线所示）可促进草酰乙酸-苹果酸的穿梭，输出叶绿体和线粒体中过剩的还原能实现光保护，其中过程③是光呼吸速率的限制因素，线粒体中的电子传递链对该过程有促进作用，相关机制如下图。请回答下列问题。
(1)图中过程①进行的场所是 ，叶绿体和线粒体中电子传递链分别位于
(2)图中叶绿体所示过程需要NADPH参与的有 、 ，过剩的NADPH通过草酰乙酸-苹果酸穿梭，在光呼吸的过程 （填序号）消耗。
(3)线粒体中的电子传递链促进过程③的机理是 。
(4)线粒体电子传递链有细胞色素途径（CP）和交替氧化途径（AP）。CP途径有ATP的合成；AP途径无ATP的合成，能量以热能的形式散失。为了进一步研究不同环境条件对两条途径的影响，科研人员利用正常植株和aoxla突变体（AP功能缺陷）进行了相关实验，结果如下图。
①正常情况下，黑暗时电子传递链以 途径为主。
②光照过强时，光保护主要依赖于 途径，而不是另一途径，从物质和能量变化的角度分析其原因是 。
③温度与光保护机制的关系是 。
【答案】
(1) 叶绿体基质 叶绿体的类囊体薄膜 线粒体内膜
(2) C3的还原（卡尔文循环） 草酰乙酸转变为苹果酸 ④
(3)电子传递过程中促进NADH向NAD+转化，为过程③提供NAD+等，促进过程③的进行；
(4) CP AP AP途径能量以热能的形式散失，而CP途径受细胞内ADP和Pi等的限制 温度较高时光保护机制加强，低温时光保护机制丧失（或下降）
【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[H]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）过程①是光合作用的光反应阶段，这一阶段主要发生在叶绿体的类囊体薄膜。在这个阶段，光能被叶绿体中的叶绿素吸收，从而激发电子，电子经过一系列的电子传递体，最终与NADP+结合生成NADPH。
同时，水分解产生氧气、质子和高能电子。叶绿体和线粒体中电子传递链分别位于叶绿体的类囊体薄膜和线粒体的内膜。
（2）叶绿体中C3的还原（卡尔文循环）、草酰乙酸转变为苹果酸需要NADPH的参与。过剩的NADPH通过草酰乙酸-苹果酸穿梭，在光呼吸的过程④消耗。光呼吸是植物在光照条件下，通过消耗NADPH和ATP来维持光合作用的平衡。在这个过程中，过剩的NADPH和ATP被转化为有机酸，从而避免过多的还原能导致自由基的产生，损伤膜结构。
（3）线粒体中的电子传递链促进过程③的机理是通过电子传递链产生的ATP和NADH可以提供能量和还原力，促进过程③的进行。
（4）
①正常情况下，黑暗时电子传递链主要通过CP途径(柠檬酸循环)进行；
②光照过强时，光保护主要依赖于AP途径(苹果酸途径)，而不是CP途径。原因是AP途径无ATP的合成，能量以热能的形式散失，这样可以避免过剩的还原能导致自由基的产生，损伤膜结构。
③温度与光保护机制的关系是，温度越高，光保护机制越活跃。这是因为高温可以加速生物体内的化学反应速率，从而使光保护机制更加迅速地消耗过剩的还原能，保护细胞免受损伤。
7．（2024·湖南长沙·长郡中学校考一模）薏苡作为一种药食两用的植物，具有很高的营养价值，近年来需求甚大。薏苡适宜在温暖湿润的环境下生长，耐涝不耐旱。长郡中学生物研究小组采用盆栽模拟控水法研究干旱胁迫对薏苡光合作用的影响，为提高薏苡的品质、产量和节水栽培提供理论依据。回答下列问题：
(1)6～9月为薏苡的生长季节，对所用盆栽分别实施如图的3种水分处理模拟年总降水量，其中D1、D2和D3分别相当于重度干旱、轻度干旱和正常供水。已知6、7、8、9月降水量分别占全年降水量的17.48%、28.24%、21.31%、9.10%，则D1处理中6月份的供水量应为 （保留两位小数），不同组别给水时， （写出两点）应相同。实验在可移动透明挡雨棚内进行，晴天打开棚布，阴雨天和晚上把棚布盖好，这样做的目的是 。
(2)净光合速率体现的是单位时间内植物有机物的 ，图1中只有D1处理呈双峰曲线，原因是 。D1、D2、D3处理的日平均净光合速率分别为0.56、0.64、0.82μmol/（m2·s），若不同组别光合作用速率的差值与净光合速率差值相同，说明 。
(3)由图2可知，D1和D2处理下薏苡的气孔导度相近且8:00最高。10:00之后D3处理下薏苡的气孔导度总体高于D1和D2，由此得出的结论是 。
(4)干旱对光合作用的限制分为气孔限制和非气孔限制，通过气孔进入胞间的CO2不能满足光合作用的要求，为气孔限制。在干旱条件下，胞间的CO2也可能得不到充分利用，即干旱可能对
（答出两点即可）等产生影响而产生非气孔限制。
【答案】
(1) 54.54mm 给水的间隔天数、每次的给水时间、给水的方式 既能利用自然光照，又能防止自然降水对实验结果产生影响
(2) 积累量 重度干旱导致植物在中午时关闭气孔，进入细胞中的CO2减少 不同水分处理未对呼吸作用产生影响
(3)水分供应是否充足会影响气孔导度
(4)酶的活性、叶绿体的结构
【分析】光合作用的过程及场所：光反应发生在类囊体薄膜中，主要包括水的光解和ATP的合成两个过程；暗反应发生在叶绿体基质中，主要包括CO2的固定和C3的还原两个过程。
【详解】
（1）D1处理中6月份的供水量应为312×17.48%≈54.54mm。为了避免无关变量的影响，不同组别给水时，给水的间隔天数、每次的给水时间、给水的方式应相同。自变量包含降水量，晴天打开棚布，阴雨天和晚上把棚布盖好，既能利用自然光照，又能防止自然降水对实验结果产生影响。
（2）净光合速率体现的是单位时间内植物有机物的积累量。正午温度高，植物蒸腾作用强，D1重度干旱导致植物缺水，为了减小蒸腾作用，植物在中午时关闭气孔，进入细胞中的CO2减少。真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。若不同组别光合作用速率的差值与净光合速率差值相同，说明不同水分处理未对呼吸作用产生影响。
（3）D1、D2和D3分别相当于重度干旱、轻度干旱和正常供水，D1和D2处理下薏苡的气孔导度相近且8:00最高。10:00之后D3处理下薏苡的气孔导度总体高于D1和D2，说明水分供应是否充足会影响气孔导度。
（4）影响光合作用的因素有很多，包括酶活性、叶绿体结构、酶的含量等，干旱可能对酶的活性、叶绿体的结构等产生影响而产生非气孔限制。
8．（2024·重庆·校联考模拟预测）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，运输原则：就近运输；向生长中心（芽、果实等）运输等。
如：马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎贮藏，如图所示[注：磷酸转运蛋白（TPT）能将暗反应中产生的丙糖磷酸运出叶绿体，同时将等分子数的磷酸（Pi）反向运回叶绿体基质]。
(1)丙糖磷酸的产生过程需要光反应提供 ，若TPT的活性被抑制，光合速率会降低，其原因是 。当Pi缺乏时，丙糖磷酸从叶绿体中输出减少，在农业生产上可以采取 措施增加马薯产量。
(2)农民在生产过程中，去掉马铃薯植株的一些芽和上部枝叶，这样操作可以提高马铃薯的产量，你认为原因是 大题01 细胞代谢类
【高考真题分布】
考点 考向 高考考题分布
光合作用和细胞呼吸的综合 细胞呼吸与光合作用的过程及实验设计 影响光合和呼吸作用的因素 2023年广东T18 2023年海南T16 2023年江苏T19 2023年重庆T19 2023年辽宁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
【题型解读】
细胞呼吸光合作用的过程，以及探究不同环境因素对光合作用和呼细胞呼吸的影响，是细胞代谢部分的高频考点。通过对近三年试题分析，发现试题考察情景越来越复杂，以下两种情境尤为明显：
一、对大学教材中光合作用和细胞呼吸的生理过程深度考察。如2023年山东卷第21题和2023年湖北卷第8题的PSⅠ、PSⅡ光复合体，2023年湖南卷第17题和2022年全国甲卷第29题的C3植物和C4植物，2023年全国乙卷第3题和2023年山东卷第4题中无氧呼吸方式的转变，2022年山东卷第21题的光抑制，2022年山东卷第4题的磷酸戊糖途径，2022年山东卷第16题的电子传递链。这些题目的题干主要以文字形式呈现大学教材中光合作用和细胞呼吸的生理过程，考察考生在考场上对这些深于教材的新知识的学习和理解能力。并考察考生能否将这些过程与光合作用细胞呼吸过程进行辨析以及找出它们之间的联系等。
二、对于光合作用和细胞呼吸有关的科学实验和探究实验的考察，如2023年全国乙卷第3题和29题，2023年山东卷第17天、2023年全国甲卷第29集、2023年广东卷第18期、2022年山东卷第21期、2022年广东卷第18题、2021年全国已卷第29天、2021年山东卷第21题。这些题目或涉及探究实验步骤的设计或设计实验数据的分析。
该专题的试题在考察必备知识的基础上，也逐年提升对关键能力和学科素养的考察等级。
典例一：细胞呼吸与光合作用的过程及实验设计
（2023·重庆·统考高考真题）水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。
(1)通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速率成正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者在相同光照强度的强光条件下，测定了两种水稻的相关生理指标（单位省略），结果如下表。
光反应 暗反应
光能转化效率 类囊体薄膜电子传递速率 RuBP羧化酶含量 Vmax
野生型 0．49 180．1 4．6 129．5
突变体 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类囊体薄膜电子传递的最终产物是 。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和 。
②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是 。
(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮荫条件下两种水稻的产量（单位省略），结果如下表。
田间光照产量 田间遮阴产量
野生型 6．93 6．20
突变体 7．35 3．68
①在田间遮荫条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是 ，外因是 。
②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和 ，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点（光合速率和呼吸速率相等时的光照强度），突变体水稻较野生型 （填“高”、“低”或“相等”）。
一、限定词作答时,若题目中提供了限定词,则必须用限定词作答,而不能用同义词替代,如本题中的“红光”不能回答成“红色光”或“红”。
二、原因分析类问题的方法突破
（1）此类题目属于非选择题中的“科学思维”的特征设问，此类题目在语言表达题型中所占比例很高，其设问方式一般有以下几种：“……合理的解释是________________” “……的依据是______________”“……的原因是________________”等。这些试题旨在考查考生在新情境条件下对知识体系的掌握程度，也是对关键能力和学科素养进行考查，是真正素质考查的体现。
（2）解题策略
这一类试题的形式是给出某一实验现象或结果，要求回答出现这些现象( 或结果) 的原因。
分析高考题中长句子描述题的标准答案就会发现，其实答案用词的出处一般有两个：一是命题者在描述题干时的信息，二就是教材中的重要概念、原理等。
（3）答题思路
a．在题干文字信息和图表信息中找出“起因”和“结果”。
b．依据题干或者已学教材中相关知识，分析“起因”和“结果”之间的逻辑关系——原因、依据、理由、解释。
（4）答题模式
三、实验设计要遵循实验设计的基本原则实验设计的基本原则包括：
（1）科学性原则：是所有原则的前提，实验设计要合乎科学性。
（2）可行性原则：符合实验者的一般认知水平；还要满足现有的条件，具有进行实验和完成实验的可能性。
（3）简便性原则：实验的材料易获得，装置简化、简单，实验药品便宜，操作简便等等。
（4）可重复性原则：一方面，减少误差，增加信度。另一方面，你做的实验，同样的情况下，别人应该可以重复验证。
（5）单一变量原则： 在不同的实验组别中，只有我们所要研究的因素不同，影响实验的其他所有因素都相同。
（6）等量原则：除研究因素以外，所有可以影响实验过程或结果的因素都应该保持一样。
（7）对照性原则：是生物实验设计的一个重要原则。在单一变量的前提下，通过对照，就能有效地排除其它因素对结果的干扰，增加实验结果的可信度和说服力。
四、光合作用与细胞呼吸实验的设计技巧
(1)实验设计中必须注意三点
①变量的控制手段，如光照强度的强弱可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同)进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液来调节。
②对照原则的应用，不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照。
③无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用强度”值。
(2)解答光合作用与细胞呼吸的实验探究题时必须关注的信息是加“NaOH”还是加“NaHCO3”；给予“光照”处理还是“黑暗”处理；是否有“在温度、光照最适宜条件下”等信息。
五、光合作用与呼吸作用实验设计中常用实验条件的控制方法
①增加水中氧气——泵入空气或放入绿色水生植物。
②减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖或用凉开水。
③除去容器中二氧化碳——氢氧化钠溶液。
④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中。
⑤除去叶中叶绿素——酒精隔水加热。
⑥除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光。
⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。
⑧线粒体的提取——细胞匀浆离心。
⑨保持容器中CO2体积不变——NaHCO3溶液。
（2024·贵州贵阳·贵阳一中校考一模）番茄含有丰富的营养，据营养学家研究测定：每人每天食用50~100克鲜番茄，即可满足人体对几种维生素和矿物质的需要。为了进一步了解番茄的生理特征，科研人员研究了温度变化对番茄进行呼吸作用时CO2产生量和进行光合作用时CO2消耗量的影响，实验结果如图所示。回答下列问题：

(1)光可以被番茄叶片中的色素吸收，分离其绿叶中的色素时，随层析液在滤纸上扩散速度最慢的色素呈现的颜色是 ，该色素主要吸收的光是 。
(2)本实验的自变量是 ，影响光合作用的内因主要有 （至少答出一种）。
(3)温室栽培该种蔬菜时温度最好控制在 （填图中的温度），35℃的条件下培养的番茄 （填“能”或“不能”）生长。
(4)请利用以下实验材料测定番茄幼苗光合作用CO2的消耗速率。（简要写出实验思路）
实验材料：透明的密闭玻璃罩、CO2传感器、番茄幼苗。
实验思路： 。
典例二：影响光合和呼吸作用的因素
（2023·广东·统考高考真题）光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时，水稻野生型（WT）的产量和黄绿叶突变体（ygl）的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl产量更高，其相关生理特征见下表和图。（光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。
水稻材料 叶绿素（mg/g） 类胡萝卜素（mg/g） 类胡萝卜素/叶绿素
WT 4.08 0.63 0.15
ygl 1.73 0.47 0.27

分析图表，回答下列问题：
(1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和 ，叶片主要吸收可见光中的 光。
(2)光照强度逐渐增加达到2000μmol m-2 s-1时，ygl的净光合速率较WT更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，比较两者的光饱和点，可得ygl WT（填“高于”、“低于”或“等于”）。ygl有较高的光补偿点，可能的原因是叶绿素含量较低和 。
(3)与WT相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体 ，是其高产的原因之一。
(4)试分析在0~50μmol m-2 s-1范围的低光照强度下，W T和ygl净光合速率的变化，在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线 。在此基础上，分析图a和你绘制的曲线，比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率，提出一个科学问题 。

一、真核生物细胞呼吸
(1)判断细胞呼吸方式的三大依据
(2)影响细胞呼吸的常见因素
①温度：影响酶活性。
②O2浓度：O2促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸。
③含水量：自由水的相对含量会影响细胞代谢速率。
(3)水果、蔬菜保鲜条件：低温、低氧、有一定湿度。
粮食储存需要的条件：低温、低氧、干燥环境。
二、光合作用与呼吸作用
(1)光合作用过程中的能量变化：光能→活跃的化学能(储存在ATP、NADPH中)→稳定的化学能(储存在有机物中)。
(2)光合作用过程中的物质变化
①光反应(发生在叶绿体类囊体薄膜上)：H2ONADPH＋O2；ADP＋PiATP。
②暗反应(发生在叶绿体基质中)：CO2＋C52C3；2C3(CH2O)＋C5。
(3)光合作用的4个影响因素
①温度：主要影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。
②CO2浓度：主要影响暗反应。
③水：缺水主要影响暗反应，因为缺水→气孔关闭→影响CO2的吸收→影响暗反应。
④光照：主要影响光反应，通过影响ATP和NADPH的产生而影响暗反应。
(4)呼吸作用与光合作用的联系
①呼吸速率的测定：黑暗条件下，单位时间实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
②净光合速率的测定：植物在光照条件下，单位时间内CO2吸收量、O2释放量或有机物积累量。
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率；光合作用有机物的制造量＝光合作用有机物的积累量＋呼吸作用有机物的消耗量；光合作用固定的CO2量＝从外界吸收的CO2量＋呼吸作用释放的CO2量。常见呈现形式如图所示：
a．A点：光照强度为0，只有呼吸作用，细胞表现为对外释放CO2。
b．AB段(不包括B点)：光合速率<呼吸速率，细胞表现为对外释放CO2。
c．B点：对应的光照强度称为光补偿点，光合速率＝呼吸速率，细胞表现为既不对外释放CO2，也不从外界吸收CO2。
d．B点以后：光合速率>呼吸速率，细胞表现为从外界吸收CO2。
e．C点：对应的光照强度称为光饱和点，光合速率达到相应条件下的最大值。
f．光饱和点以前光合速率的限制因素主要为横坐标表示的因素；光饱和点以后光合速率的限制因素为除横坐标以外的因素。
三、光合作用、呼吸作用的“三率”图
（2024·黑龙江齐齐哈尔·统考一模）目前全球土壤盐渍化问题严重，盐渍环境下，植物生长会受到抑制。沙棘是我国西北地区的主要造林树种，某研究小组用不同浓度的NaCl溶液处理沙棘幼苗，探究盐胁迫对沙棘幼苗叶片光合生理特性的影响，部分结果如图所示，CK为空白对照组。回答下列问题：

(1)沙棘在进行光合作用时，对光进行吸收、传递和转化的物质分布在叶绿体的 上，光能经光反应后转化为 中的化学能供暗反应利用。
(2)由图分析，本实验的自变量是 ，净光合速率的指标是 。
(3)导致光合速率降低的因素包括气孔限制因素（供应不足影响光合作用）和非气孔限制因素（非CO2因素限制光合作用）。本实验中，溶液处理10d时，导致沙棘幼苗光合速率降低的因素主要是 （填“气孔限制因素”或“非气孔限制因素”），出现该种情况可能与沙棘体内 （填植物激素）的调节作用有关。
(4)该研究小组还探究了盐胁迫对沙棘幼苗叶片叶绿素含量的影响，结果如下表所示。
NaCl浓度/（mmol·L-1） 叶绿素a含量/（mg·g-1） 叶绿素b含量/（mg·g-1） 类胡萝卜素含量/（mg·g-1） 叶绿素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若要定性比较不同盐胁迫下沙棘幼苗叶片的叶绿素含量，可以用 （填试剂）提取叶片中的光合色素，再通过纸层析法观察色素带的 。
②由表可知，盐胁迫下，沙棘幼苗叶片中叶绿素和类胡萝卜素的含量均下降，且盐浓度越高，
；同等盐浓度胁迫下，叶绿素a含量降幅大于叶绿素b，可能由于 。
典例三：特殊代谢类型
（2023·湖南·统考高考真题）下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450μmol·L-1（K越小，酶对底物的亲和力越大）,该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC对CO2的Km为7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题：
(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是 （填具体名称）,该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成 （填"葡萄糖""蔗糖"或"淀粉"）后，再通过 长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度 （填"高于"或"低于"）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 （答出三点即可）。
(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是
（答出三点即可）。
一、光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中, Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定;在光下,当O2浓度高、CO2浓度低时,O2会竞争Rubisco酶,在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应,正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%~30%。过程如图所示:
【总结】光呼吸与光合作用的关系
①与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体。光呼吸产生的条件是光照、高O2含量和低CO2含量等。
②在干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP，又可以为暗反应阶段提供原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。
二、C4植物(如玉米)的叶片结构和光合作用过程
C4植物的叶片结构
C4途径的生物学意义在于,热带植物为了防止水分过度蒸发,常常关闭叶片上的气孔,这样空气中的CO2就不易进入叶肉细胞,不能满足光合作用对CO2的需求;而C4途径中能固定CO2的PEP羧化酶对CO2有很高的亲和力,使叶肉细胞能有效地固定和浓缩CO2,供维管束鞘细胞中叶绿体内的C3途径利用。玉米植株中固定CO2的酶的能力要远远强于水稻植株中相应的酶,因此玉米的光合效率大于水稻,特别是在低CO2浓度下,这种差别更为明显。
【总结】
①玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，适于在高温、干燥和强光的条件下生长。
②C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物。
③PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。
三、景天科植物为多年生肉质草本植物,是典型的旱生植物,其气孔下陷,可减少蒸腾作用。与普通植物相比,景天科植物具有一种特殊的CO2固定方式——夜间气孔开放,白天气孔关闭。夜间大气中CO2从气孔进入,被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化,与PEP结合形成草酰乙酸(OAA),再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸,贮存于液泡中。白天,苹果酸从液泡中释放出来,经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸,CO2产生后用于卡尔文循环。
【总结】
①仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合生长于干旱地区，其特点是气孔夜间开放，白天关闭。
②该类植物夜间吸收CO2，淀粉经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与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质基质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。
③该类植物叶肉细胞夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降；白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。
光呼吸可使大豆、水稻和小麦等作物的光合效率降低20%至50%，造成产量损失。光呼吸是由于O2竞争性地结合到卡尔文循环关键酶Rubisco酶上，引起核酮糖1，5二磷酸（C5）加氧分解。下图1表示叶肉细胞中有关代谢，其中②、④、⑧、⑨代表光呼吸过程。请据图回答下列问题：
在红光照射条件下，参与途径①的主要色素是 ；Rubisco酶主要分布在
中，催化CO2与C5结合，生成2分子C3。
(2)当环境中O2与CO2含量比值 （填“偏高”或“偏低”）时，叶片容易发生光呼吸。
(3)从能量代谢分析，光呼吸与有氧呼吸最大的区别是 。
(4)水稻、小麦属于C3植物，而高粱、玉米属于C4植物，其特有的C4途径如图2所示。根据图中信息推测，PEP羧化酶比Rubisco酶对CO2的亲和力 ，使得维管束鞘细胞的CO2浓度比叶肉细胞 ，进一步推测C4植物光呼吸比C3植物 。
(5)根据对光呼吸机理的研究，科研人员利用基因编辑手段设计了只在叶绿体中完成的光呼吸替代途径AP（依然具有降解乙醇酸产生CO2的能力）。同时利用RNA干扰技术，降低叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白的表达量。检测三种不同类型植株的光合速率，实验结果如图3所示。
据此回答：三种类型植株中，AP+RNA干扰型光合速率最高的原因可能是：
，进而促进光合作用过程。
1．（2023全国乙）植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭，保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K ．有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。
(1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、 （答出2点即可）等生理过程。
(2)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是
。
(3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是 。
(4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔 （填“能”或“不能”）维持一定的开度。
2．（2023海南卷）海南是我国火龙果的主要种植区之一、由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图。

回答下列问题。
(1)光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是 ；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第 条。
(2)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是 ，该光源的最佳补光时间是 小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是 。
(3)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源，设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度（简要写出实验思路）。
3．（2023江苏）气孔对植物的气体交换和水分代谢至关重要，气孔运动具有复杂的调控机制。图1所示为叶片气孔保卫细胞和相邻叶肉细胞中部分的结构和物质代谢途径。①~④表示场所。请回答下列问题：

(1)光照下，光驱动产生的NADPH主要出现在 （从①~④中选填）；NADPH可用于CO2固定产物的还原，其场所有 （从①~④中选填）。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、 （填写2种）等。
(2)研究证实气孔运动需要ATP，产生ATP的场所有 （从①~④中选填）。保卫细胞中的糖分解为PEP，PEP再转化为 进入线粒体，经过TCA循环产生的 最终通过电子传递链氧化产生ATP。
(3)蓝光可刺激气孔张开，其机理是蓝光激活质膜上的AHA，消耗ATP将H+泵出膜外，形成跨膜的 ，驱动细胞吸收K+等离子。
(4)细胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并进一步转化成Mal，使细胞内水势下降（溶质浓度提高），导致保卫细胞 ，促进气孔张开。
(5)保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关，为了研究淀粉合成与细胞质中ATP的关系，对拟南芥野生型WT和NTT突变体ntt1（叶绿体失去运入ATP的能力）保卫细胞的淀粉粒进行了研究，其大小的变化如图2．下列相关叙述合理的有______。

A．淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP
B．光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关
C．光照条件下突变体ntt1几乎不能进行光合作用
D．长时间光照可使WT叶绿体积累较多的淀粉
4．（2023·河北·统考高考真题）拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段，叶肉细胞H基因表达量下降，细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。
回答下列问题：
(1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在 合成，经细胞质基质进入叶绿体。
(2)光照时，叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能，将其转化为ATP和 中的化学能，这些化学能经 阶段释放并转化为糖类中的化学能。
(3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达，对转H基因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理，之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度，结果如图。相对于非转基因细胞，转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显 。据此推测，H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被 （填“叶绿体”或“线粒体”）大量消耗，细胞有氧呼吸强度 。

(4)综合上述分析，叶肉细胞通过下调 阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体，从而防止线粒体 ，以保证光合产物可转运到其他细胞供能。
5.（2023全国甲）某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后糖产生。回答下列问题。
(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是 （答出1种即可）。叶绿体中光合色素分布 上，其中类胡萝卜素主要吸收 （填“蓝紫光”“红光”或“绿光”）。
(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是
。
(3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。
6．（2023·辽宁·统考高考真题）花生抗逆性强，部分品种可以在盐碱土区种植。下图是四个品种的花生在不同实验条件下的叶绿素含量相对值（SPAD）（图1）和净光合速率（图2）。回答下列问题：

(1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 ，主要吸收 光，可用 等有机溶剂从叶片中提取。
(2)盐添加量不同的条件下，叶绿素含量受影响最显著的品种是 。
(3)在光照强度为500μmol·m2·s 、无NaCl添加的条件下，LH12的光合速率 （填“大于”“等于”或“小于"）HH1的光合速率，判断的依据是 。在光照强度为1500μmolm2·s-1、NaCl添加量为3．0g·kg 的条件下，HY25的净光合速率大于其他三个品种的净光合速率，原因可能是HY25的 含量高，光反应生成更多的 ，促进了暗反应进行。
(4)依据图2，在中盐（2．0g·kg-1）土区适宜选择种植 品种。
7.（2023·山东·高考真题）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体（PSⅡ）造成损伤，使PSⅡ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭（NPQ）将过剩的光能耗散，减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：①修复损伤的PSⅡ；②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。

(1)该实验的自变量为 。该实验的无关变量中，影响光合作用强度的主要环境因素有 （答出2个因素即可）。
(2)根据本实验， （填“能”或“不能”）比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱，理由是 。
(3)据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量 （填“多”或“少”）。若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是 。
8．（2022·全国甲·高考真题）根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。
(1)不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是
（答出3点即可）。
(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是 （答出1点即可）。
(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是 。
9．（2023·浙江·统考高考真题）植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下：CK组（白光）、A组（红光：蓝光=1：2）、B组（红光：蓝光=3：2）、C组（红光：蓝光=2：1），每组输出的功率相同。

回答下列问题：
(1)光为生菜的光合作用提供 ，又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，根细胞会因 作用失水造成生菜萎蔫。
(2)由图乙可知，A、B、C组的干重都比CK组高，原因是 。由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为 ，最有利于生菜产量的提高，原因是
。
(3)进一步探究在不同温度条件下，增施CO2对生菜光合速率的影响，结果如图丙所示。由图可知，在25℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳，判断依据是 。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以 ，使光合速率进一步提高，从农业生态工程角度分析，优点还有 。
10．（2021·全国·高考真题）生活在干旱地区的一些植物（如植物甲）具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
（1）白天叶肉细胞产生ATP的场所有 。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和 释放的CO2。
（2）气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止 ，又能保证 正常进行。
（3）若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。 （简要写出实验思路和预期结果）
1.（2024·广东梅州·统考一模）盐胁迫会影响光合作用从而导致作物减产，是现阶段农业生产面临的主要问题之一。为了解盐胁迫对玉米光合作用的影响，科研人员进行了相关的研究，部分实验结果如下表所示。请回答下列问题：
处理 气孔导度/（μmol·m-2·s-1） 胞间CO2浓度/（μmol·L-1） 叶绿素a/（mg·g-1） 叶绿素b（mg·g-1）
对照（CK） 0.114 56.33 2.55 1.18
低盐胁迫 0.104 72.47 2.31 1.05
高盐胁迫 0.087 88.13 2.01 0.87
(1)玉米叶肉细胞的叶绿素主要吸收的光为 。可用 法分离绿色植物叶绿体中的色素，色素在滤纸条上的扩散速度与 有关。
(2)请根据表中数据分析并推测，盐胁迫下导致胞间CO2浓度增加的主要原因可能是 。
(3)研究表明，盐胁迫下会使植物体内的脯氨酸（Pro）含量升高，从而减少盐胁迫对水分吸收的影响，可能的原因是 。
(4)为探究脯氨酸可通过提高液泡内 Na 浓度来增强植物的吸水能力，科学家以脯氨酸合成相关的基因敲除突变体为材料，然后模拟盐胁迫环境处理，则检测指标应包括 （答出2点）。
2．（2024·全国·统考一模）PSⅡ是类囊体膜上的光合色素蛋白复合体，能吸收光能并将水分解，是光反应中光能吸收和转化的关键因素。为研究PSⅡ在光能吸收和转化中的作用，研究人员取某植物幼苗若干，均分成5组，分别用相同强度的红光（R）、黄光（Y）、蓝光（B）、紫外光（UV）等单光质和白光（W）五种LED光源照射30天后，检测不同处理条件下的光合色素的含量，以及Fv/Fm值和Fv'/Fm'值，结果如下：
LED 不同光质对光合色素含量的影响
处理 叶绿素（mg/g干重） 类胡萝卜素（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吸收光能转化光能的最大效率Fv'/Fm'值表示PSⅡ吸收光能后转化为化学能的效率据所学知识和实验结果回答问题：
(1)检测光合色素含量时，用 提取绿叶中的色素。PSⅡ利用自身的光合色素吸收光能，将水分解为O2和 ，并释放两个电子，用于 的合成。
(2)采用LED光源处理植物幼苗而不用普通光源，原因是 。据表可知，与白光对照组（W组）相比， 光能够显著提高幼苗中叶绿素的含量。
(3)据图可知，与W组相比，经过四种单光质处理后， 光更有利于该植物合成有机物，判断依据是： 。
(4)植物吸收的光能只有3条去路：光合作用、叶绿素荧光和热。与W组相比，在黄光（Y）条件下，Fv/Fm值较大，但Fv/Fm'值却较小，植物将以 形式耗散掉多余的光能，否则强光将对植物产生伤害。
3．（2024·广东深圳·统考一模）缺镁是导致龙眼叶片黄化的主要原因。为探究缺镁对龙眼光合作用的影响，研究人员做了相关研究，结果如图1和图2。
回答下列问题：
(1)缺镁导致净光合速率下降的原因是缺镁会导致叶绿体 上的叶绿素含量下降，影响光反应 的产生，进而影响暗反应；另一方面，根据图1可知，龙眼缺镁会导致 ，从而影响净光合速率。
(2)CO2从气孔进入细胞间，主要通过 方式进入叶肉细胞叶绿体基质中与C5结合产生C3，这一反应过程称为 。根据图2数据，缺镁组净光合速率下降的主要原因并不是气孔相对开度，阐述你的依据是 。
(3)为了进一步研究龙眼缺镁对叶绿素a和叶绿素b含量的影响，研究人员进行了相关实验，简要写出研究思路 。
4．（2024·广东湛江·统考一模）海洋浮游植物光合作用固定的碳量约占全球40%，铁对浮游植物三角褐指藻的光合作用有重要影响。缺铁会导致光系统Ⅱ（PSⅡ系统，能利用从光中吸收的能量裂解水）中的蛋白质含量显著下降。图1是光合作用的某一反应阶段示意图（图中PSⅠ代表光系统Ⅰ，能在相关酶的催化下，把NADP+还原为NADPH）。据此回答下列问题：
(1)图1所示的反应发生在叶绿体的 上，图中ATP合成的直接能量来源是 。缺铁导致PSⅡ系统中的蛋白质含量显著下降，使图中电子传递受到影响，从而降低 （选填“ATP”或“NADPH”或“ATP和NADPH”）的合成。
(2)图1所示反应过程中捕光色素的光氧化会产生大量自由基，这些自由基会破坏蛋白质和核酸，而SOD具有清除自由基的作用。图2为铁对三角褐指藻细胞中SOD含量的影响，根据SOD含量的变化结合光合作用暗反应阶段，分析缺铁导致光合作用速率下降的原因： 。
(3)缺铁会使三角褐指藻的光合色素含量降低，其中降低最明显的是叶绿素a。请根据所学知识设计实验证明上述结论，实验设计思路： 。
5．（2024·四川成都·统考二模）苋菜是我国南方常见的一种夏季蔬菜，嫩叶和茎部分可食用，口感鲜嫩，具有抗癌、抗菌、抗糖尿病和抗高血压等作用。大棚种植能通过控制温度和光照等条件，使人们在冬季也能吃上苋菜。回答下列问题。
(1)在阳光充足的白天，苋菜叶肉细胞产生的氧气的去路是 和 。
(2)在冬季，为了升高大棚内的温度，农民常常在大棚内焚烧秸秆，除了能快速升高温度外，这种方法的好处还有 （答出2点即可）。
(3)冬季白天大棚需要将温度控制在：25°C左右，晚上则控制在10°C左右，从增大苋菜产量的角度分析，这样做的原因是 。
6．（2024·江苏南通·统考一模）光照过强时还原能的积累会导致自由基的产生，损伤膜结构。光呼吸（图中虚线所示）可促进草酰乙酸-苹果酸的穿梭，输出叶绿体和线粒体中过剩的还原能实现光保护，其中过程③是光呼吸速率的限制因素，线粒体中的电子传递链对该过程有促进作用，相关机制如下图。请回答下列问题。
(1)图中过程①进行的场所是 ，叶绿体和线粒体中电子传递链分别位于
(2)图中叶绿体所示过程需要NADPH参与的有 、 ，过剩的NADPH通过草酰乙酸-苹果酸穿梭，在光呼吸的过程 （填序号）消耗。
(3)线粒体中的电子传递链促进过程③的机理是 。
(4)线粒体电子传递链有细胞色素途径（CP）和交替氧化途径（AP）。CP途径有ATP的合成；AP途径无ATP的合成，能量以热能的形式散失。为了进一步研究不同环境条件对两条途径的影响，科研人员利用正常植株和aoxla突变体（AP功能缺陷）进行了相关实验，结果如下图。
①正常情况下，黑暗时电子传递链以 途径为主。
②光照过强时，光保护主要依赖于 途径，而不是另一途径，从物质和能量变化的角度分析其原因是 。
③温度与光保护机制的关系是 。
7．（2024·湖南长沙·长郡中学校考一模）薏苡作为一种药食两用的植物，具有很高的营养价值，近年来需求甚大。薏苡适宜在温暖湿润的环境下生长，耐涝不耐旱。长郡中学生物研究小组采用盆栽模拟控水法研究干旱胁迫对薏苡光合作用的影响，为提高薏苡的品质、产量和节水栽培提供理论依据。回答下列问题：
(1)6～9月为薏苡的生长季节，对所用盆栽分别实施如图的3种水分处理模拟年总降水量，其中D1、D2和D3分别相当于重度干旱、轻度干旱和正常供水。已知6、7、8、9月降水量分别占全年降水量的17.48%、28.24%、21.31%、9.10%，则D1处理中6月份的供水量应为 （保留两位小数），不同组别给水时， （写出两点）应相同。实验在可移动透明挡雨棚内进行，晴天打开棚布，阴雨天和晚上把棚布盖好，这样做的目的是 。
(2)净光合速率体现的是单位时间内植物有机物的 ，图1中只有D1处理呈双峰曲线，原因是 。D1、D2、D3处理的日平均净光合速率分别为0.56、0.64、0.82μmol/（m2·s），若不同组别光合作用速率的差值与净光合速率差值相同，说明 。
(3)由图2可知，D1和D2处理下薏苡的气孔导度相近且8:00最高。10:00之后D3处理下薏苡的气孔导度总体高于D1和D2，由此得出的结论是 。
(4)干旱对光合作用的限制分为气孔限制和非气孔限制，通过气孔进入胞间的CO2不能满足光合作用的要求，为气孔限制。在干旱条件下，胞间的CO2也可能得不到充分利用，即干旱可能对
（答出两点即可）等产生影响而产生非气孔限制。
8．（2024·重庆·校联考模拟预测）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，运输原则：就近运输；向生长中心（芽、果实等）运输等。
如：马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎贮藏，如图所示[注：磷酸转运蛋白（TPT）能将暗反应中产生的丙糖磷酸运出叶绿体，同时将等分子数的磷酸（Pi）反向运回叶绿体基质]。
(1)丙糖磷酸的产生过程需要光反应提供 ，若TPT的活性被抑制，光合速率会降低，其原因是 。当Pi缺乏时，丙糖磷酸从叶绿体中输出减少，在农业生产上可以采取 措施增加马薯产量。
(2)农民在生产过程中，去掉马铃薯植株的一些芽和上部枝叶，这样操作可以提高马铃薯的产量，你认为原因是 。
(3)科研人员发明了一种转光膜（该膜可将部分紫外光和绿光转变成蓝紫光、红光）。与普通大棚膜相比，这种转光膜 （填“能”或“不能”）提高大棚马铃薯的产量，理由是 。
9．（2024·云南·统考二模）生物炭是在低氧环境下，将木材、草、玉米秸秆等有机物通过高温慢速裂解获得，在农业中具有改良土壤、缓释肥料等功能。为探究生物炭和保水剂对园艺植物火鹤花叶绿素及光合特性的影响，以提高火鹤花对干旱环境的适应性，科研人员将长势相同的火鹤花均分为12组并进行相关处理，如下表所示。定植3个月后摘取叶片测定光合色素含量和净光合速率，实验结果如图1、图2所示：
组别 处理 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12
基质质量（%） 生物炭 0 0 0 0 10 10 10 10 20 20 20 20
保水剂 0 0.2 0.4 0.6 0 0.2 0.4 0.6 0 0.2 0.4 0.6
回答下列问题：
生物炭具有植物生长所必需的 （填“有机物”或“无机盐”），在不添加保水剂的情况下，一定量的生物炭能 （填“促进”、“抑制”或“促进或抑制”）叶绿素的合成；同有机物在生物体外的燃烧相比，细胞呼吸中有机物氧化分解有何不同特点：
（写出2点即可）。
(2)写出测定植株净光合速率的指标：单位时间内 或 。
(3)由实验结果可知，生物炭基质质量和保水剂基质质量分别为 时净光合速率达到最大值，适宜保水剂能提高净光合速率的机理可能是 。
10.（2024·陕西宝鸡·统考一模）玉米是我国重要的粮食作物，其光合作用有一定的特殊性，与其叶片结构有密切关系，二氧化碳的固定、还原过程如图所示，催化叶肉细胞叶绿体中碳同化过程的PEP酶对CO2的亲和力较Rubisco酶的强。
(1)由图可知，玉米碳同化过程中与CO2结合的物质有 ；维管束鞘细胞的叶绿体中发生的碳反应所需的NADPH和ATP来自 （填“叶肉细胞”“维管束鞘细胞”或“叶肉细胞和维管束鞘细胞”）的叶绿体中的光反应。
(2)玉米植株细胞的叶绿体有两种类型：一种是有基粒的叶绿体存在于叶肉细胞中；另一种是没有基粒的叶绿体存在于维管束鞘细胞中。二者结构的差异的根本原因是 。
(3)将玉米置于适宜光照下一段时间后，取一片正常叶片，脱色处理后滴加碘液，做叶片的横切面装片，放在显微镜下观察，发现叶肉细胞不变蓝而维管束鞘细胞变蓝，原因是 。
(4)涝胁迫（创造无氧条件）条件下玉米幼苗根部细胞初期编码乳酸脱氢酶的基因表达，后期丙酮酸脱羧酶和乙醇脱氢酶的基因表达，据此可推断玉米幼苗根部细胞能进行两种类型的无氧呼吸。即在涝胁迫初期玉米幼苗根部细胞中不产生CO2，而后期能产生CO2。要设计实验证明玉米幼苗根部细胞在涝胁迫初期和后期能进行两种类型的无氧呼吸，分析该实验的自变量为 ，因变量用 试剂测量。

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