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专题六　光合作用与能量转化
考典1521光合作用和细胞呼吸的综合考查
A、五年高考真题（2020-2024）
（山东五年一考）
1.(2023·湖北,11,2分,难度★★★)高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃,水稻、小麦等作物减产约3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是(　　)
A.呼吸作用变强,消耗大量养分
B.光合作用强度减弱,有机物合成减少
C.蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫
D.叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少
2.(2023·天津,9,4分,难度★★★)下图是某种植物光合作用及呼吸作用部分过程的图,关于此图说法错误的是(　　　)
A.HC经主动运输进入细胞质基质
B.HC通过通道蛋白进入叶绿体基质
C.光反应生成的H+促进了HC进入类囊体
D.光反应生成的物质X保障了暗反应的CO2供应
3.(2022·全国乙,2,6分,难度★★)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的温度和光照条件下培养,发现容器内CO2含量初期逐渐降低,之后保持相对稳定。关于这一实验现象,下列解释合理的是(　　)
A.初期光合速率逐渐升高,之后光合速率等于呼吸速率
B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持稳定
C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率
D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率
4.(2021·山东,16,3分,难度★★)(不定项)关于细胞中的H2O和O2,下列说法正确的是(　　　)
A.由葡萄糖合成糖原的过程中一定有H2O产生
B.有氧呼吸第二阶段一定消耗H2O
C.植物细胞产生的O2只能来自光合作用
D.光合作用产生的O2中的氧元素只能来自于H2O
5.(2021·广东,15,4分,难度★★★★)与野生型拟南芥WT相比,突变体t1和t2在正常光照条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a,示意图),造成叶绿体相对受光面积的不同(图b),进而引起光合速率差异,但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下,下列叙述错误的是(　　　)
a b
A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
6.(2024·全国甲,29,10分,难度★★★)在自然条件下,某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。
(1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等,叶片有机物积累速率　　　　　(填“相等”或“不相等”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)在温度d时,该植物体的干重会减少,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)温度超过b时,该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是 　。(答出一点即可)
(4)通常情况下,为了最大程度地获得光合产物,农作物在温室栽培过程中,白天温室的温度应控制在　最大时的温度。
7.(2024·全国新课标,31,12分,难度★★★)
某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d),分别置于密闭装置中照光培养,a、b、c、d组的光照强度依次增大,实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度,结果如图所示,其中M为初始O2浓度,c、d组O2浓度相同。回答下列问题。
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成,其中高等植物光合作用利用的光主要是　　　　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　。
(2)光照t时间时,a组CO2浓度　　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)b组。
(3)若延长光照时间,c、d组O2浓度不再增加,则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是　　　　组,判断依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)光照t时间后,将d组密闭装置打开,并以c组光照强度继续照光,其幼苗光合速率会　　　　　　(填“升高”“降低”或“不变”)。
8.(2024·吉林,21,12分,难度★★★★)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3,当CO2/O2的值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中的主要物质变化如图1所示。
在叶绿体中:C5+CO22C3　　　　　　①
C5+O2C3+C2 ②
在线粒体中:
2C2+BAD'C3+CO2+NADH+H+ ③
注:C2表示不同种类的二碳化合物,C3也类似。
图1
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是　　　　　　　　　　过程。
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是　　　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　　　　。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3所示。图2中植物光合作用所需CO2的来源除了有外界环境,还有　　　　　　和　　　　　　　　(填生理过程)。7—10时株系1和2与WT的净光合速率逐渐产生差异,原因是　　　　　　　　　　　　　。据图3中的数据　　　　(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是　　　　　　　　　　　。
(4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势,判断的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
图2
图3
9.(2023·湖南,17,12分,难度★★★)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450 μmol·L-1(Km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7 μmol·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)。
10.(2023·北京,20,12分,难度★★★★)学习以下材料,回答(1)~(4)题。
调控植物细胞活性氧产生机制的新发现
能量代谢本质上是一系列氧化还原反应。在植物细胞中,线粒体和叶绿体是能量代谢的重要场所。叶绿体内氧化还原稳态的维持对叶绿体行使正常功能非常重要。在细胞的氧化还原反应过程中会有活性氧产生,活性氧可以调控细胞代谢,并与细胞凋亡有关。
我国科学家发现一个拟南芥突变体m(M基因突变为m基因),在受到长时间连续光照时,植株会出现因细胞凋亡而引起的叶片黄斑等表型。M基因编码叶绿体中催化脂肪酸合成的M酶。与野生型相比,突变体m中M酶活性下降,脂肪酸含量显著降低。
为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因,研究人员以诱变剂处理突变体m,筛选不表现细胞凋亡,但仍保留m基因的突变株。通过对所获一系列突变体的详细解析,发现叶绿体中pMDH酶、线粒体中mMDH酶和线粒体内膜复合物Ⅰ(催化有氧呼吸第三阶段的酶)等均参与细胞凋亡过程。由此揭示出一条活性氧产生的新途径(如图):A酸作为叶绿体中氧化还原平衡的调节物质,从叶绿体经细胞质基质进入到线粒体中,在mMDH酶的作用下产生NADH([H])和B酸,NADH被氧化会产生活性氧。活性氧超过一定水平后引发细胞凋亡。
在上述研究中,科学家从拟南芥突变体m入手,揭示出在叶绿体和线粒体之间存在着一条A酸—B酸循环途径。对A酸—B酸循环的进一步研究,将为探索植物在不同环境胁迫下生长的调控机制提供新的思路。
(1)叶绿体通过　　　　　作用将CO2转化为糖。从文中可知,叶绿体也可以合成脂肪的组分　　　　　。
(2)结合文中图示分析,M基因突变为m后,植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,A酸转运到线粒体,最终导致产生过量活性氧并诱发细胞凋亡。
(3)请将下列各项的序号排序,以呈现本文中科学家解析“M基因突变导致细胞凋亡机制”的研究思路:　　　　　　　　　。
①确定相应蛋白的细胞定位和功能
②用诱变剂处理突变体m
③鉴定相关基因
④筛选保留m基因但不表现凋亡的突变株
(4)本文拓展了高中教材中关于细胞器间协调配合的内容,请从细胞器间协作以维持稳态与平衡的角度加以概括说明。 　。
11.(2022·天津,16,10分,难度★★)利用蓝细菌将CO2转化为工业原料,有助于实现“双碳”目标。
(1)蓝细菌是原核生物,细胞质中同时含有ATP、NADPH、NADH(呼吸过程中产生的[H])和丙酮酸等中间代谢物。ATP来源于　　　　和　　　　等生理过程,为各项生命活动提供能量。
(2)蓝细菌可通过D-乳酸脱氢酶(Ldh),利用NADH将丙酮酸还原为D-乳酸这种重要的工业原料。研究者构建了大量表达外源Ldh基因的工程蓝细菌,以期提高D-乳酸产量,但结果并不理想。分析发现,是由于细胞质中的NADH被大量用于　　　　作用产生ATP,无法为Ldh提供充足的NADH。
(3)蓝细菌还存在一种只产生ATP不参与水光解的光合作用途径。研究者构建了该途径被强化的工程菌K,以补充ATP产量,使更多NADH用于生成D-乳酸。测定初始蓝细菌、工程菌K中细胞质ATP、NADH和NADPH含量,结果如下表。
菌株 ATP NADH NADPH
初始蓝细菌 626 32 49
工程菌K 829 62 49
注:数据单位为pmol/OD730。
由表可知,与初始蓝细菌相比,工程菌K的ATP含量升高,且有氧呼吸第三阶段　　　　　　,光反应中的水光解　　　　。(填“被抑制”“被促进”或“不受影响”)
(4)研究人员进一步把Ldh基因引入工程菌K中,构建工程菌L。与初始蓝细菌相比,工程菌L能积累更多D-乳酸,是因为其　　　　(双选)。
A.光合作用产生了更多ATP
B.光合作用产生了更多NADPH
C.有氧呼吸第三阶段产生了更多ATP
D.有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH
12.(2022·湖南,17,12分,难度★★)将经纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床,作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8~10 μmol/(s·m2)时,固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量;日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒,浸种1天后,播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中,保湿透气,昼/夜温为35 ℃/25 ℃,光照强度为2 μmol/(s·m2),每天光照时长为14小时。回答下列问题。
(1)在此条件下,该水稻种子　　　　　(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米,至少1片绿叶视为成苗),理由是　　　　　　　　　　　　　　。
(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上,光照强度为10 μmol/(s·m2),其他条件与上述实验相同,该水稻　　　　　(填“能”或“不能”)繁育出新的种子,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出两点即可)。
(3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田),为防鸟害、鼠害,减少杂草生长,须灌水覆盖,该种子应具有　　　　　特性。
13.(2021·海南,21,10分,难度★★)植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。
(1)植物工厂用营养液培植生菜过程中,需定时向营养液通入空气,目的是　　　　　　　;除通气外,还需更换营养液,其主要原因是 　。
(2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜,选用红蓝光的依据是　　　　　。生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图,培植区的光照强度应设置在　　　　　点所对应的光照强度;为提高生菜产量,可在培植区适当提高CO2浓度,该条件下B点的移动方向是　。
(3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14 h/10 h,研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响,结果如右图,光合作用最适温度比呼吸作用最适温度　　　　　;若将培植区的温度从T5调至T6,培植24 h后,与调温前相比,生菜植株的有机物积累量　　　　　。
14.(2021·江苏,20,11分,难度★★)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。下图示叶肉细胞中部分代谢途径,虚线框内示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”,请据图回答下列问题。
(1)叶绿体在　　　　　上将光能转变成化学能,参与这一过程的两类色素是　　　　　。
(2)光合作用时,CO2与C5结合产生三碳酸,继而还原成三碳糖(C3),为维持光合作用持续进行,部分新合成的C3必须用于再生　　　　　;运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖,运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了　　　　　个CO2分子。
(3)在光照过强时,细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能,避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的　　　　　中的还原能输出叶绿体,并经线粒体转化为　　　　　中的化学能。
(4)为研究线粒体对光合作用的影响,用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦,实验方法是:取培养10~14d大麦苗,将其茎漫入添加了不同浓度寡霉素的水中,通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后,测定,计算光合放氧速率(单位为μmolO2·mg-1chl·h-1,chl为叶绿素)。请完成下表。
实验步骤的目的 简要操作过程
配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素难溶于水,需先溶于丙酮,配制高浓度母液,再用丙酮稀释成不同药物浓度,用于加入水中
设置寡霉素为单一变量的对照组 ①　　　　
②　　　　 对照组和各实验组均测定多个大麦叶片
光合放氧测定 用氧电极测定叶片放氧
15.(2021·福建,17,12分,难度★★)大气中浓度持续升高的CO2会导致海水酸化,影响海洋藻类生长进而影响海洋生态。龙须菜是我国重要的一种海洋大型经济藻类,生长速度快,一年可多次种植和收获。科研人员设置不同大气CO2浓度(大气CO2浓度LC和高CO2浓度HC)和磷浓度(低磷浓度LP和高磷浓度HP)的实验组合进行相关实验,结果如下图所示。
图1 图2
回答下列问题:
(1)本实验的目的是探究在一定光照强度下,　　　　　。
(2)ATP水解酶的主要功能是　　　　　。ATP水解酶活性可通过测定　　　　　表示。
(3)由图1、2可知,在较强的光照强度下,HC+HP处理比LC+HP处理的龙须菜净光合速率低,推测原因是在酸化环境中,龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素,因而细胞　　　　　增强,导致有机物消耗增加。
(4)由图2可知,大气CO2条件下,高磷浓度能　　　　　龙须菜的净光合速率。磷等矿质元素的大量排放导致了某海域海水富营养化,有人提出可以在该海域种植龙须菜。结合以上研究结果,从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是　　　　　。
16.(2020·全国3,29,9分,难度★★★)参照表中内容,围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。
反应部位 (1)　　　　　　　　 叶绿体的类囊体膜 线粒体
反应物 葡萄糖 / 丙酮酸等
反应名称 (2) 光合作用的光反应 有氧呼吸的部分过程
合成ATP 的能量来源 化学能 (3)　　　　　 化学能
终产物 (除ATP外) 乙醇、CO2 (4)　　　　　 (5)
B、二年山东一模试题（2024-2025）
1.（2024德州一模，不定项）科研人员探究了不同光照强度下某植物光合作用、呼吸作用的变化规律，相关指标的检测结果如下表所示。下列说法正确的是（ ）
光照强度/% 净光合速率/u mol –m-2- s-1 呼吸速率/ u mol –m-2- s-1 叶绿素含量/mg·g-1
28.6 13.43- 1.09 1.96
52.5 13.98 1.58 2.15
78.3 14.13 2.12 2.56
100 12.38 3.67 1.83
A. 该植物可以通过降低呼吸速率来适应低光照强度环境
B. 实验中该植物最大光合作用速率为16.05μmol·m ·s-1
C. 若光照强度由78.3%降至52.5%短时间内植物体内C3含量会下降
D. 实验中低光照适应后该植物对光能的吸收能力会增强
2.（2024烟台德州一模，不定项）科研人员探究了不同光照强度下某植物光合作用、呼吸作用的变化规律，相关指标的检测结果如下表所示。下列说法正确的是（ ）
光照强度/% 净光合速率/u mol –m-2- s-1 呼吸速率/ u mol –m-2- s-1 叶绿素含量/mg·g-1
28.6 13.43- 1.09 1.96
52.5 13.98 1.58 2.15
78.3 14.13 2.12 2.56
100 12.38 3.67 1.83
A. 该植物可以通过降低呼吸速率来适应低光照强度环境
B. 实验中该植物最大光合作用速率为16.05μmol·m ·s-1
C. 若光照强度由78.3%降至52.5%,短时间内植物体内C3含量会下降
D. 实验中低光照适应后该植物对光能的吸收能力会增强
3.（2024菏泽一模，不定项）图1为通气法测定植物叶片的光合作用强度，装置中通入的气体CO2浓度可以调节。将适量叶片置于同化箱中，在一定的光照强度和温度条件下，让空气沿箭头方向缓慢流动，并用CO2分析仪测定A、B两处气体CO2浓度的变化。图2为“半叶法”测定番茄叶片的光合作用强度，将对称叶片的一部分（C）遮光处理，另一部分（D）不做处理，且阻断两部分的物质和能量转移。在适宜光照条件照射1小时后，在C、D的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重为MC和MD.下列说法正确的是（ ）
A. 图1中可通过A、B两处气体的CO2浓度高低推测出叶片是否积累有机物
B. 图1中可通过控制同化箱内的CO2浓度和光照强度来调控B处气体CO2浓度
C. 图2中D叶片所截取部分每小时光合作用积累的有机物总量为MD
D. 图2中D叶片所截取部分每小时光合作用合成的有机物总量为MD-MC
4.（2025济宁一模） Rubisco酶具有“两面性”，CO2浓度较高时，该酶参与暗反应，催化C5与CO2反应，最终得到光合产物；O2浓度较高时，该酶参与光呼吸，催化C5与O2反应形成乙醇酸，最终产生CO2。图示实线部分为高光、高温条件下，水稻叶肉细胞的部分代谢过程，图示虚线为利用基因工程技术构建的光呼吸GOC支路。回答下列问题。
（1）光合作用暗反应过程中Rubisco催化反应的产物被还原，为其提供能量的物质是______。晴朗的夏季中午，水稻会出现“光合午休”现象，该现象的产生主要与一种植物激素含量的变化相关，该激素为_______。
（2）图中参与光呼吸过程的细胞结构有_______。研究发现，光照强度降低时，光呼吸的速率也会降低，推测其原因是_______。
（3）光呼吸GOC支路的构建可显著提高水稻产量，其原理是______。
5.（2024青岛一模）植物含叶绿体的细胞在光照下不但进行CO2的同化，而且存在依赖光的消耗O2释放CO2的反应，称为光呼吸。研究发现，光呼吸是由于O2竞争性地结合卡尔文循环关键酶Rubisco造成的。Rubisco的底物CO2与O2竞争同一活性位点，互为抑制剂。该酶既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中生成CO2。下图表示叶肉细胞中有关代谢过程。
（1）绿色植物细胞中能够产生CO2的场所是____________。在较高CO2浓度环境中，Rubisco所催化的反应产物主要是___________。利用提取的Rubisco模拟光合作用暗反应过程。构建反应体系时需加入的供能物质有___________。
（2）当环境中CO2与O2含量比值___________（填“偏高”或“偏低”）时，叶片容易发生光呼吸。已知温度升高会降低细胞溶胶中气体的溶解度，试分析温度高于某一临界值时，光呼吸迅速增加的原因是___________。
（3）从光反应和暗反应物质联系的角度分析，高O2浓度条件下，短时间内NADPH含量升高的原因是___________。
（4）过强的光照会导致光合作用光反应产物过剩，对细胞造成伤害，分析上图中光呼吸过程，推测光呼吸存在的生理意义是___________。
6.（2024日照一模）植物在夏季常受到高温和强光的双重胁迫。研究人员将番茄植株在适宜温度、适宜光照条件（CK）下和高温、强光条件（HH）下培养一段时间后，测得的相关指标如下表。
组别 净光合速率（μmol·m-2·s-1） 气孔导度（mmol·m-2·s-1） 胞间CO2浓度（ppm） Rubisco活性（U·mL-1）
CK 12.1 114.2 308 189
HH 1.8 31.2 448 61
（1）由表中数据可知，高温和强光的双重胁迫下，气孔导度下降_________（填“是”或“不是”）净光合速率降低的主要因素，依据是_________。
（2）Rubisco在光下催化RuBP（C5）与CO2的反应。表中数据表明，高温和强光的双重胁迫下，番茄叶绿体中Rubisco活性下降，暗反应减慢，导致光反应产物_________积累，进而导致叶绿体_________上的色素分子被破坏，从而影响光反应。
（3）科研人员发现植物细胞内的呼吸链中存在由交替氧化酶（AOX）主导的交替呼吸途径，对植物抵抗强光具有重要意义。下图表示交替呼吸途径对光合作用相关反应的影响。
分析可知，强光环境下，植物细胞通过图示中“草酰乙酸/苹果酸穿梭”和交替呼吸途径，能够_________，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。
7.（2024枣庄一模）小麦、水稻等大多数植物，在暗反应阶段，CO2被C5固定以后形成C3，进而被还原成（CH2O），这类植物称为C3植物且玉米、甘蔗等原产在热带的植物，CO2中的碳首先转移到草酰乙酸（C4）中，然后转移到C3中，这类植物称为C4植物，其固定CO2的途径如图1所示。芦荟、仙人掌等植物白天气孔关闭，夜间气孔开放，这类植物在进化中形成了特殊的固碳途径，如图2所示，这类植物称为CAM植物。（注：PEP羧化酶比RUBP羧化酶对CO2的亲合力更强）
（1）C4植物的光反应发生在___细胞。在炎热于旱夏季的中午，C4植物比C3植物的优越性表现为___。
（2）CAM植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于___过程，夜晚其叶肉细胞能产生ATP的场所是___。
（3）蝴蝶兰因花色艳丽、花姿优美、开花期长，一直以来深受爱花者的青睐。有人想在室内大量培养蝴蝶兰，又担心植物多，在夜晚会释放大量的CO2不利于健康。请你根据图1、图2的固碳途径，利用CO2传感器，设计实验探究蝴蝶兰是否是CAM植物。
实验思路：___。
实验结果和结论___。
8.（2024实验中学一模）马铃薯植株下侧叶片合成的有机物通过筛管主要运向块茎贮藏。图1是马铃薯光合作用产物的形成及运输示意图，图2是蔗糖进入筛分子-伴胞复合体的一种模型。请回答下列问题：
（1）图1所示的代谢过程中，需要光反应产物参与的过程是_______（填标号）。为马铃薯叶片提供C18O2，块茎中会出现18O的淀粉，请写出18O转移的路径：C18O2→________→淀粉。
（2）研究发现，叶绿体中淀粉的大量积累会导致________膜结构被破坏，进而直接影响光反应。保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔导度，使________，进而抑制暗反应。
（3）图2中甲具有________酶活性。乙（SUT1）是一种蔗糖转运蛋白，在成功导入蔗糖转运蛋白反义基因的马铃薯植株中SUT1的表达水平降低，叶片中可溶性糖和淀粉总量________，最终导致块茎产量________。
（4）科研人员以Q9、NB1、G2三个品种的马铃薯为材料，研究不同光周期处理对马铃薯块茎产量的影响，在24h昼夜周期中对马铃薯幼苗分别进行16h（长日照）、12h（中日照）、8h（短日照）三种光照时间处理，保持其他条件相同且适宜，培养一段时间后，发现长日照组叶绿素含量最高，但只有中日照和短日照组有块茎生成，结果如图。
①分析上述信息可知，光影响马铃薯幼苗的生理过程可能有________（至少写出两点）。
②分析上图，单位时间内光周期影响平均单株块茎产量增量最高的实验组是________。
③若将马铃薯叶片分为对照组和实验组，对照组叶片遮光处理，10h后检测到叶片的干物质减少量为Amg；某实验组10h后检测到叶片的干物质增加量为Bmg，实验叶片的面积为Ccm2，则该组的光合速率可以表示为_____。若要进一步研究不同CO2浓度对马铃薯叶片光合速率的影响，并尽量避免有机物的输出对实验结果的影响，应该选择______（填“长日照”“中日照”或“短日照”）组的植株为实验材料。
C、山东考题原创预测
【命题趋势】
1. 情境多元：涵盖生活（社区绿化）、科研（突变体研究）、生产（温室大棚）等情境，体现“学以致用”。
2. 图表结合：常见题型中含坐标图、表格或流程图，考查信息提取与转化能力。
3. 综合思维：非选择题要求分析机制、设计实验，强化科学探究素养。
（一）单项选择题
1.（细胞呼吸与光合作用综合）右图表示叶肉细胞中O 和CO 的跨膜运输途径（数字代表过程）。黑暗条件下，能发生的途径是（ ）
A. ① ② ③ ⑤
B. ④ ⑤ ⑥ ⑧
C. ② ③ ⑤ ⑥
D. ① ③ ⑤ ⑦
2.（生活情境） 某社区为美化环境，在夜晚的公园路灯旁种植了大量绿色植物。有居民提出，此举可能影响夜间空气质量。以下解释正确的是（ ）
A. 植物在夜间仅进行呼吸作用，释放CO ，降低氧气浓度
B. 路灯提供的光照使植物持续光合作用，增加O 含量
C. 植物叶肉细胞在光下不进行呼吸作用，故对空气质量无影响
D. 夜间温度较低，呼吸作用减弱，CO 释放量少于白天
3．植物叶肉细胞光合作用产生的蔗糖会依次通过方式①、②进入筛管-伴胞复合体（SE-CC）（如图），再由筛管运输至其他器官。研究发现，叶片中SU载体含量受昼夜节律、蔗糖浓度等因素的影响，呈动态变化。下列说法错误的是（ ）
A．蔗糖被运输到根细胞后可进入线粒体氧化分解为细胞供能
B．SU载体在行使功能时发生的空间结构改变是可逆的
C．使用呼吸抑制剂会明显降低蔗糖从细胞外空间进入SE-CC中的速率
D．蔗糖除具有为生物合成提供原料等作用外，还具有信息传递的功能
（二）不定项选择题（每题3分，少选得1分，错选不得分）
4.（科研情境）研究发现，线粒体内膜上的ATP合成酶可利用H 浓度梯度催化ATP合成，而叶绿体类囊体膜上的ATP合成酶功能相同。下列叙述错误的是（ ）
A. 两种ATP合成酶的结构和功能完全相同
B. 两种酶所在膜结构的形成均与细胞呼吸有关
C. 线粒体内膜和叶绿体类囊体膜均能产生ATP
D. 两种酶发挥作用时均伴随H 的顺浓度运输
5.（环境适应性研究）沙漠植物仙人掌采用CAM途径固定CO ，其特点是夜间气孔开放吸收CO ，白天关闭。下列相关叙述正确的是（ ）
A. 白天叶肉细胞中ATP的合成场所包括线粒体和细胞质基质
B. 该机制能减少蒸腾作用导致的水分散失
C. 白天细胞中苹果酸分解提供CO 用于卡尔文循环
D. 此类植物在干旱环境中光合速率通常低于C 植物
6.（光呼吸与细胞呼吸关联）C 植物在强光下可发生光呼吸（消耗O 并释放CO ）如下图所示。下列叙述正确的是（ ）
A. 光呼吸与线粒体呼吸均消耗O 生成CO
B. 光呼吸的底物直接来源于光合作用暗反应
C. 干旱条件下光呼吸增强不利于植物生存
D. 适当提高CO 浓度可抑制光呼吸
7.（坐标图综合）某植物在不同光照强度和CO 浓度下的光合速率曲线如图：
下列分析正确的是（ ）
A. a点时限制光合速率的因素是光照强度
B. b点后限制光合速率的因素是CO 浓度
C. c点时叶肉细胞中ATP仅来自线粒体和叶绿体
D. 提高CO 浓度可使光饱和点右移
8.（数据分析）右表为某植物遮光处理后叶肉细胞结构变化数据，分析正确的是（ ）
| 处理时间（天） | 叶绿体数量/细胞 | 线粒体数量/细胞 |
|----------------|------------------|------------------|
| 0 | 50±3 | 120±5 |
| 7 | 32±2 | 150±6 |
A. 遮光导致光反应产物减少
B. 线粒体增多为补偿能量供应
C. 细胞可能启动自噬作用
D. 两种细胞器间存在动态平衡
非选择题
9.（综合应用）线粒体和叶绿体是细胞能量代谢的重要结构。线粒体内膜上的ATP合成酶能利用H 梯度合成ATP，而叶绿体类囊体膜上的ATP合成酶功能相似。回答下列问题：
（1）从进化角度分析，线粒体和叶绿体内膜上ATP合成酶的相似性支持________学说。
（2）若用药物抑制线粒体内膜ATP合成酶的活性，则细胞质基质中[H]的含量会________，原因是________________________。
（3）某突变型叶绿体类囊体膜结构异常，无法形成H 梯度。在光照充足条件下，该突变型叶绿体中暗反应速率将________，理由是________________________。
（4）线粒体损伤的细胞可通过溶酶体降解，该过程称为________。溶酶体酶的分选依赖于高尔基体膜上的________信号识别。
10.（生产实践与实验设计）某温室大棚中番茄植株出现“午休”现象（中午光合速率下降）。研究人员建议采用“间歇补光”措施，并测得相关数据如下：
处理 净光合速率 （μmol/m ·s） 气孔导度（mmol/m ·s） 胞间CO 浓度（μmol/mol）
对照组 10.2 0.18 260
补光组 15.6 0.22 240
（1）补光组净光合速率提高的机制可能是___________。
（2）若番茄植株的总光合速率为20 μmol/m ·s，则对照组的呼吸速率为___________。
（3）设计实验验证“间歇补光可缓解高温引起的午休”，写出实验思路：___________。
11.（生态热点与流程图分析）景天科（CAM）植物以白天气孔关闭、夜间开放的特殊方式适应在干早环境，代谢途径如图甲，苹果酸是一种酸性较强的有机酸。图乙为某种植物保卫细胞调节气孔开闭的“无机盐离子吸收学说”示意图。
请据图回答下列问题:
(１)图甲中，CAM植物夜间固定CO 的场所为　　　　　。晚间，苹果酸运输到液泡内的生理意义有　　　　　　　　　　　　　　(回答两方面)。
（2）白天该类植物叶肉细胞中产生ATP的场所有___________。
（3）与C3植物相比，CAM植物在干旱环境下的优势是___________。
(４)已知保卫细胞吸水到一定程度，则气孔开放，反之关闭。请结合图乙判断所示植物很可能　　　(填“是”或“不是”)景天科植物，并简要描述“无机盐离子吸收学说”中该种植物气孔打开的机制　　　　　　　　　　　　。
12．（共11分，除特殊情况外，每空1分）在两个密闭透光、体积为1L的小室中，分别放置大小、生长状况相似的A、B两种植物，图中曲线①、②为小室中两种植物随着光照强度变化所测得的CO2吸收量。对植物A和植物B的光合作用特性进行研究，对相关指标进行检测并分析结果，回答有关问题：

(1)本实验的自变量是 。（2分）
(2)植物A和B的净光合速率有差异，推测与叶绿素含量有关。于是，研究小组通过“绿叶中色素的提取与分离”实验，比较两种叶绿素的含量。在提取植物叶片中的色素时，为了防止研磨过程中叶绿素被破坏，一般在研钵中加入少许 。色素的分离实验中，滤纸条上代表叶绿素的色素带颜色为 ，通过比较两种植物叶绿素色素带的 ，验证其推测。
(3)若测得在光照强度G=5k1x时，实验前小室中CO2的浓度为100mg/L，1h后放置植物A、B的小室中CO2的浓度分别为40mg/L、30mg/L（假设不同光照强度下呼吸强度不变），则图中表示A植物的曲线是 （填“①”或“②”），B植物的总光合作用速率为 mg/h（2分）；若G=7klx，则图中y2的值为 mg/h（2分）。
(4)图中曲线①代表的植物，在光照强度为2klx时，叶肉细胞的生理状态是光合速率 （填“大于”“小于”或“等于”）呼吸速率。
【附】2015-2019年高考
1.(2019·海南,12,2分,难度★)下列关于绿色植物的叙述,错误的是(　　)
A.植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸
B.植物细胞中ATP的合成都是在膜上进行的
C.遮光培养可使植物叶肉细胞的叶绿素含量下降
D.植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用
2.(2019·天津,2,6分,难度★★)下列过程需ATP水解提供能量的是(　　)
A.唾液淀粉酶水解淀粉
B.生长素的极性运输
C.光反应阶段中水在光下分解
D.乳酸菌无氧呼吸的第二阶段
3.(2018·浙江,26,2分,难度★★★)各取未转基因的水稻(W)和转Z基因的水稻(T)数株,分组后分别喷施蒸馏水、寡霉素和NaHSO3,24 h后进行干旱胁迫处理(胁迫指对植物生长和发育不利的环境因素),测得未胁迫和胁迫8 h时的光合速率如图所示。已知寡霉素抑制光合作用和细胞呼吸中ATP合成酶的活性。下列叙述正确的是(　　)
A.寡霉素在细胞呼吸过程中抑制线粒体外膜上[H]的传递
B.寡霉素在光合作用过程中的作用部位是叶绿体的基质
C.转Z基因提高光合作用的效率,且增加寡霉素对光合速率的抑制作用
D.喷施NaHSO3促进光合作用,且减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降
4.(2018·江苏,29,9分,难度★★★)下图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图,请回答下列问题。
(1)甲可以将光能转变为化学能,参与这一过程的两类色素为　　　　　　　　,其中大多数高等植物的　　　　　　需在光照条件下合成。
(2)在甲发育形成过程中,细胞核编码的参与光反应中心的蛋白,在细胞质中合成后,转运到甲内,在　　　　　　　　(填场所)组装;核编码的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亚基转运到甲内,在　　　　　　(填场所)组装。
(3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下,可被氧化为　　　　　　后进入乙,继而在乙的　　　　　　(填场所)彻底氧化分解成CO2;甲中过多的还原能可通过物质转化,在细胞质中合成NADPH,NADPH中的能量最终可在乙的　　　　　　(填场所)转移到ATP中。
(4)乙产生的ATP被甲利用时,可参与的代谢过程包括　　　　　　(填序号)。
①C3的还原　②内外物质运输
③H2O裂解释放O2　④酶的合成
参考答案与详细解析
考典1521光合作用和细胞呼吸的综合考查
A、五年高考真题（2020-2024）
（山东五年一考）
1.(2023·湖北,11,2分,难度★★★)高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃,水稻、小麦等作物减产约3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是 (D)
A.呼吸作用变强,消耗大量养分
B.光合作用强度减弱,有机物合成减少
C.蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫
D.叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少
解析 高温会刺激植物的呼吸作用加快,导致养分的供应不足,影响植物的生长和产量,A项正确。高温条件下,光合作用中的酶活性受到抑制,光能转化为化学能的效率下降,从而限制了植物的生长和产量,B项正确。高温会加强植物的蒸腾作用,导致水分的流失加剧,容易出现萎蔫和水分胁迫的情况,C项正确。在高温下,由叶绿素降解导致光反应生成的NADPH和ATP减少,D项错误。
2.(2023·天津,9,4分,难度★★★)下图是某种植物光合作用及呼吸作用部分过程的图,关于此图说法错误的是 (B)
A.HC经主动运输进入细胞质基质
B.HC通过通道蛋白进入叶绿体基质
C.光反应生成的H+促进了HC进入类囊体
D.光反应生成的物质X保障了暗反应的CO2供应
解析 据图可知,HC进入细胞质基质需要载体蛋白协助和线粒体产生的ATP供能,属于主动运输,A正确;图中HC进入叶绿体基质也需要载体蛋白协助和线粒体产生的ATP供能,属于主动运输,通道蛋白只能参与协助扩散,B错误;图中光反应中水光解产生的H+(氢源)作用于载体蛋白促进HC进入类囊体,C正确;据图可知,光反应生成的物质X为O2,可促进线粒体的有氧呼吸,使其产生更多的ATP,有利于HC进入叶绿体基质产生CO2,保证暗反应的CO2供应,D正确。
3.(2022·全国乙,2,6分,难度★★)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的温度和光照条件下培养,发现容器内CO2含量初期逐渐降低,之后保持相对稳定。关于这一实验现象,下列解释合理的是 (D)
A.初期光合速率逐渐升高,之后光合速率等于呼吸速率
B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持稳定
C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率
D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率
解析 适宜且恒定的温度和光照条件下,初期光合速率大于呼吸速率,导致容器内O2含量逐渐升高,CO2含量逐渐降低,光合速率逐渐降低,呼吸速率逐渐升高,A、B、C三项错误; 容器内CO2浓度保持相对稳定时,光合速率等于呼吸速率, D项正确。
4.(2021·山东,16,3分,难度★★)(不定项)关于细胞中的H2O和O2,下列说法正确的是 (ABD)
A.由葡萄糖合成糖原的过程中一定有H2O产生
B.有氧呼吸第二阶段一定消耗H2O
C.植物细胞产生的O2只能来自光合作用
D.光合作用产生的O2中的氧元素只能来自于H2O
解析 葡萄糖是单糖,通过脱水缩合形成多糖的过程有水生成,A项正确;有氧呼吸第二阶段发生的反应是丙酮酸与水在酶的催化下,生成二氧化碳和[H],并释放少量的能量,B项正确;有些植物细胞含有过氧化氢酶(例如土豆),可以分解过氧化氢生成O2,因此植物细胞产生的O2不一定只来自光合作用,C项错误;光反应阶段水的分解产生氧气,故光合作用产生的O2中的氧元素只能来自H2O,D项正确。
5.(2021·广东,15,4分,难度★★★★)与野生型拟南芥WT相比,突变体t1和t2在正常光照条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a,示意图),造成叶绿体相对受光面积的不同(图b),进而引起光合速率差异,但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下,下列叙述错误的是 (D)
a b
A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
解析 由题图可知,t1的叶绿体相对受光面积大于t2,因此,t1在较小的光照强度下就能达到光补偿点和光饱和点,A、B两项正确。由题干“叶绿素含量及其他性状基本一致”可知,叶绿素的含量与三者光合速率的高低无关,C项正确。由题图可知,三者光合速率的差异是由叶绿体在细胞中的分布及位置不同引起的,与光照强度无关,D项错误。
6.(2024·全国甲,29,10分,难度★★★)在自然条件下,某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。
(1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等,叶片有机物积累速率　　　　　(填“相等”或“不相等”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)在温度d时,该植物体的干重会减少,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)温度超过b时,该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是 　。(答出一点即可)
(4)通常情况下,为了最大程度地获得光合产物,农作物在温室栽培过程中,白天温室的温度应控制在　最大时的温度。
答案 (1)不相等　叶片在温度a和c时的呼吸速率不相等
(2)在温度d时,叶片的光合速率与呼吸速率相等,但该植物体某些不进行光合作用的部分(如根部细胞等)要进行细胞呼吸消耗有机物
(3)温度过高,暗反应中酶的活性下降(或温度过高,导致部分气孔关闭,CO2供应不足)
(4)光合速率和呼吸速率差值
解析 (1)叶片有机物积累速率是叶片光合作用制造的有机物与细胞呼吸消耗的有机物的差值,虽然该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等,但呼吸速率不相等,所以叶片有机物积累速率不相等。(2)在温度d时,叶片的光合速率与呼吸速率相等,即光合作用制造的有机物与细胞呼吸消耗的有机物相等,但该植物体有些细胞不进行光合作用(如根部细胞),要进行细胞呼吸消耗有机物,所以植物体的干重会减少。(3)影响暗反应速率的因素有温度、CO2浓度等。温度超过b时,暗反应中酶的活性下降,导致暗反应速率降低,且为了降低蒸腾作用,部分气孔关闭,使CO2供应不足,进而导致暗反应速率降低。(4)为了最大程度地获得光合产物,农作物在温室栽培过程中,白天温室的温度应控制在光合速率与呼吸速率差值最大时的温度,有利于有机物的积累。
7.(2024·全国新课标,31,12分,难度★★★)
某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d),分别置于密闭装置中照光培养,a、b、c、d组的光照强度依次增大,实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度,结果如图所示,其中M为初始O2浓度,c、d组O2浓度相同。回答下列问题。
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成,其中高等植物光合作用利用的光主要是　　　　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　。
(2)光照t时间时,a组CO2浓度　　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)b组。
(3)若延长光照时间,c、d组O2浓度不再增加,则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是　　　　组,判断依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)光照t时间后,将d组密闭装置打开,并以c组光照强度继续照光,其幼苗光合速率会　　　　　　(填“升高”“降低”或“不变”)。
答案 (1)红光和蓝紫光　高等植物体内的叶绿体中的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)大于
(3)b　a、b、c组的呼吸速率相同;a组O2浓度不变,所以光合速率等于呼吸速率,b组由于O2浓度增加,所以光合速率大于呼吸速率,c组O2浓度不再增加,说明光合速率等于呼吸速率,因此,b组光合速率最大
(4)升高
解析 (1)高等植物体内的叶绿体中的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。因此,高等植物光合作用利用的光主要是红光和蓝紫光。
(2)光照t时间时,a组O2浓度小于b组,说明a组光合作用吸收的CO2少于b组,a组CO2浓度大于b组。
(3)由题意和题图可知,a、b、c组的呼吸速率相同。延长光照时间,c组O2浓度不再增加,说明c组光合速率等于呼吸速率;a组O2浓度没有变化,说明光合速率等于呼吸速率;b组O2浓度增加,说明光合速率大于呼吸速率。
(4)d组O2浓度等于c组是由于密闭装置中CO2的限制,此时光合速率等于呼吸速率。将d组密闭装置打开后,提供了更多的CO2,此时以c组光照强度继续照光,可以使幼苗光合速率升高。
8.(2024·吉林,21,12分,难度★★★★)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3,当CO2/O2的值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中的主要物质变化如图1所示。
在叶绿体中:C5+CO22C3　　　　　　①
C5+O2C3+C2 ②
在线粒体中:
2C2+BAD'C3+CO2+NADH+H+ ③
注:C2表示不同种类的二碳化合物,C3也类似。
图1
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是　　　　　　　　　　过程。
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是　　　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　　　　。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3所示。图2中植物光合作用所需CO2的来源除了有外界环境,还有　　　　　　和　　　　　　　　(填生理过程)。7—10时株系1和2与WT的净光合速率逐渐产生差异,原因是　　　　　　　　　　　　　。据图3中的数据　　　　(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是　　　　　　　　　　　。
(4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势,判断的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
图2
图3
答案 (1)CO2的固定
(2)细胞质基质　线粒体基质(两空答案可对调)
(3)光呼吸　呼吸作用(两空答案可对调)　株系1和2导入了改变光呼吸的基因,光呼吸强度发生改变,因为光呼吸能将已经同化的碳释放,故株系1和2与WT的净光合速率产生差异　不能　除了净光合速率,总光合速率还与呼吸速率、光呼吸速率有关,从图3无法得出呼吸速率和光呼吸速率,所以不能计算出株系1的总光合速率
(4)在相同光照强度和CO2浓度下,株系1与株系2和WT相比,株系1的净光合速率最大
解析 (1)由反应式①可知,这个过程在叶绿体基质中进行,称为CO2的固定。(2)以葡萄糖为反应物的有氧呼吸有三个阶段,第一阶段在细胞质基质中进行,产物为丙酮酸和NADH;第二阶段在线粒体基质中进行,产物为CO2和NADH;第三阶段在线粒体内膜上进行,产物为水,故以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质和线粒体基质。(3)由题干可知,光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程,再根据题图2和题图3可以判断出净光合速率的大小与光照强度以及CO2浓度的关系,从而进行解题。(4)由题图2可知,在相同光照条件下,株系1的净光合速率最大;由题图3可知,在相同CO2浓度下,株系1的净光合速率最大。
9.(2023·湖南,17,12分,难度★★★)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450 μmol·L-1(Km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7 μmol·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　韧皮部
(2)高于　高光照强度环境下,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酶更大;玉米能通过PEPC酶生成C4,使维管束鞘细胞内的CO2浓度高于外界环境,抑制玉米的光呼吸
(3)酶的活性已经达到最大,对CO2的利用率不再提高;受到ATP以及NADPH等物质含量的限制;水稻体内光合色素的量有限
解析 (1)玉米的光合作用过程与水稻相比,虽然CO2的来源不同,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,通过韧皮部运输。(2)干旱、高光照强度会导致植物气孔关闭,植物吸收的CO2减少,而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力较大,可以利用低浓度的CO2进行光合作用,同时抑制植物的光呼吸,且玉米能将叶绿体内的光合产物及时转移出细胞。(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,其原因可能是水稻的酶活性已经达到最大,对CO2的利用率不再提高,受到ATP和NADPH等物质含量的限制,水稻体内光合色素的量有限等。
10.(2023·北京,20,12分,难度★★★★)学习以下材料,回答(1)~(4)题。
调控植物细胞活性氧产生机制的新发现
能量代谢本质上是一系列氧化还原反应。在植物细胞中,线粒体和叶绿体是能量代谢的重要场所。叶绿体内氧化还原稳态的维持对叶绿体行使正常功能非常重要。在细胞的氧化还原反应过程中会有活性氧产生,活性氧可以调控细胞代谢,并与细胞凋亡有关。
我国科学家发现一个拟南芥突变体m(M基因突变为m基因),在受到长时间连续光照时,植株会出现因细胞凋亡而引起的叶片黄斑等表型。M基因编码叶绿体中催化脂肪酸合成的M酶。与野生型相比,突变体m中M酶活性下降,脂肪酸含量显著降低。
为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因,研究人员以诱变剂处理突变体m,筛选不表现细胞凋亡,但仍保留m基因的突变株。通过对所获一系列突变体的详细解析,发现叶绿体中pMDH酶、线粒体中mMDH酶和线粒体内膜复合物Ⅰ(催化有氧呼吸第三阶段的酶)等均参与细胞凋亡过程。由此揭示出一条活性氧产生的新途径(如图):A酸作为叶绿体中氧化还原平衡的调节物质,从叶绿体经细胞质基质进入到线粒体中,在mMDH酶的作用下产生NADH([H])和B酸,NADH被氧化会产生活性氧。活性氧超过一定水平后引发细胞凋亡。
在上述研究中,科学家从拟南芥突变体m入手,揭示出在叶绿体和线粒体之间存在着一条A酸—B酸循环途径。对A酸—B酸循环的进一步研究,将为探索植物在不同环境胁迫下生长的调控机制提供新的思路。
(1)叶绿体通过　　　　　作用将CO2转化为糖。从文中可知,叶绿体也可以合成脂肪的组分　　　　　。
(2)结合文中图示分析,M基因突变为m后,植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,A酸转运到线粒体,最终导致产生过量活性氧并诱发细胞凋亡。
(3)请将下列各项的序号排序,以呈现本文中科学家解析“M基因突变导致细胞凋亡机制”的研究思路:　　　　　　　　　。
①确定相应蛋白的细胞定位和功能
②用诱变剂处理突变体m
③鉴定相关基因
④筛选保留m基因但不表现凋亡的突变株
(4)本文拓展了高中教材中关于细胞器间协调配合的内容,请从细胞器间协作以维持稳态与平衡的角度加以概括说明。

　。
答案 (1)光合　　脂肪酸
(2)长时间光照促进叶绿体产生NADH,M酶活性降低,pMDH酶催化B酸转化为A酸
(3)②④①③
(4)叶绿体产生的A酸通过载体蛋白运输到线粒体,线粒体代谢产生的B酸,又通过载体蛋白返回到叶绿体,从而维持A酸—B酸的稳态与平衡
解析 (1)叶绿体通过光合作用将CO2转化为糖。由题图可知,M基因编码的M酶在叶绿体中能催化脂肪酸合成。
(2)M基因突变为m后,突变体m中M酶活性下降,结合题图分析可知,植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是:长时间光照促进叶绿体产生NADH,M酶活性降低,pMDH酶催化B酸转化为A酸,A酸转运到线粒体,最终导致产生过量活性氧并诱发细胞凋亡。
(3)本文中科学家解析“M基因突变导致细胞凋亡机制”的研究思路:②用诱变剂处理突变体m,④筛选保留m基因但不表现凋亡的突变株,①确定相应蛋白的细胞定位和功能,③鉴定相关基因,即正确顺序为②④①③。
(4)由题图分析可知,叶绿体产生的A酸通过载体蛋白运输到线粒体,线粒体代谢产生的B酸,又通过载体蛋白返回到叶绿体,从而维持A酸—B酸的稳态与平衡。
11.(2022·天津,16,10分,难度★★)利用蓝细菌将CO2转化为工业原料,有助于实现“双碳”目标。
(1)蓝细菌是原核生物,细胞质中同时含有ATP、NADPH、NADH(呼吸过程中产生的[H])和丙酮酸等中间代谢物。ATP来源于　　　　和　　　　等生理过程,为各项生命活动提供能量。
(2)蓝细菌可通过D-乳酸脱氢酶(Ldh),利用NADH将丙酮酸还原为D-乳酸这种重要的工业原料。研究者构建了大量表达外源Ldh基因的工程蓝细菌,以期提高D-乳酸产量,但结果并不理想。分析发现,是由于细胞质中的NADH被大量用于　　　　作用产生ATP,无法为Ldh提供充足的NADH。
(3)蓝细菌还存在一种只产生ATP不参与水光解的光合作用途径。研究者构建了该途径被强化的工程菌K,以补充ATP产量,使更多NADH用于生成D-乳酸。测定初始蓝细菌、工程菌K中细胞质ATP、NADH和NADPH含量,结果如下表。
菌株 ATP NADH NADPH
初始蓝细菌 626 32 49
工程菌K 829 62 49
注:数据单位为pmol/OD730。
由表可知,与初始蓝细菌相比,工程菌K的ATP含量升高,且有氧呼吸第三阶段　　　　　　,光反应中的水光解　　　　。(填“被抑制”“被促进”或“不受影响”)
(4)研究人员进一步把Ldh基因引入工程菌K中,构建工程菌L。与初始蓝细菌相比,工程菌L能积累更多D-乳酸,是因为其　　　　(双选)。
A.光合作用产生了更多ATP
B.光合作用产生了更多NADPH
C.有氧呼吸第三阶段产生了更多ATP
D.有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH
答案 (1)光合作用　细胞呼吸　(2)有氧呼吸　(3)被抑制　不受影响　(4)AD
解析 (1)光合作用的光反应和细胞呼吸过程都可以产生ATP,蓝细菌含有叶绿素和藻蓝素,能够进行光合作用,也能进行细胞呼吸,产生NADH和丙酮酸等中间代谢物,因此蓝细菌内的ATP来源于光合作用和细胞呼吸等生理过程。(2)有氧呼吸的前两个阶段产生NADH,第三阶段中前两个阶段产生的NADH与氧气结合形成水,同时释放大量能量,因此蓝细菌中细胞质中的NADH可被大量用于有氧呼吸第三阶段产生ATP,无法为Ldh提供充足的NADH。(3)NADH是有氧呼吸前两个阶段的产物,在第三阶段被消耗,NADPH是光合作用光反应的产物。由表可知,与初始蓝细菌相比,工程菌K的NADH含量较高,NADPH含量相同,说明其有氧呼吸第三阶段被抑制,光反应中的水光解不受影响。(4)工程菌K存在一种只产生ATP不参与水光解的光合作用途径,能使更多NADH用于生成D-乳酸,把Ldh基因引入工程菌K中,构建工程菌L,光合作用产生了更多ATP,为各项生命活动提供能量,这样有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH,工程菌L就能利用NADH将丙酮酸还原为D-乳酸,能积累更多D-乳酸,A、D两项正确。
12.(2022·湖南,17,12分,难度★★)将经纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床,作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8~10 μmol/(s·m2)时,固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量;日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒,浸种1天后,播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中,保湿透气,昼/夜温为35 ℃/25 ℃,光照强度为2 μmol/(s·m2),每天光照时长为14小时。回答下列问题。
(1)在此条件下,该水稻种子　　　　　(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米,至少1片绿叶视为成苗),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上,光照强度为10 μmol/(s·m2),其他条件与上述实验相同,该水稻　　　　　(填“能”或“不能”)繁育出新的种子,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出两点即可)。
(3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田),为防鸟害、鼠害,减少杂草生长,须灌水覆盖,该种子应具有　　　　　特性。
答案 (1)能　环境条件符合种子萌发的需要　(2)不能　光照强度为10 μmol/(s·m2),植物呼吸作用强度等于光合作用强度,不能正常生长;同时,光照时长为14小时,植物也不能正常开花
(3)耐受酒精毒害
解析 (1)环境条件符合种子萌发的需要,该水稻种子能正常萌发并成苗。(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于题述沙床上,光照强度为10 μmol/(s·m2),该水稻不能正常生长,光照时长为14小时,植物也不能正常开花,故也不能繁育出新的种子。(3)灌水覆盖后,水中的氧浓度较低,种子会进行无氧呼吸产生酒精,酒精对种子有一定的毒害作用,因此种子需有耐受酒精毒害的特性。
13.(2021·海南,21,10分,难度★★)植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。
(1)植物工厂用营养液培植生菜过程中,需定时向营养液通入空气,目的是　　　　　　　;除通气外,还需更换营养液,其主要原因是 　。
(2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜,选用红蓝光的依据是　　　　　。生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图,培植区的光照强度应设置在　　　　　点所对应的光照强度;为提高生菜产量,可在培植区适当提高CO2浓度,该条件下B点的移动方向是　。
(3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14 h/10 h,研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响,结果如右图,光合作用最适温度比呼吸作用最适温度　　　　　;若将培植区的温度从T5调至T6,培植24 h后,与调温前相比,生菜植株的有机物积累量　　　　　。
答案 (1)促进生菜根部细胞呼吸　为生菜提供大量的无机盐,以保证生菜的正常生长　(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,选用红蓝光可以提高植物的光合作用,从而提高生菜的产量　B　右上方　(3)低　减少
解析 (1)生菜长期在液体的环境中,根得不到充足的氧,影响细胞呼吸,给营养液通入空气目的是促进生菜根部细胞呼吸;营养液中的无机盐在培植生菜的过程中会被大量吸收,因此更换营养液的主要原因是为生菜提供大量的无机盐,以保证生菜的正常生长。(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,选用红蓝光组合LED灯培植生菜可以提高植物的光合作用,从而提高生菜的产量;B点为光饱和点对应的最大光合速率,因此培植区的光照强度应设置在B点所对应的光照强度,适当提高CO2浓度则B点向右上方移动。(3)在此曲线中光合速率的最适温度为T5,光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低,若将培植区的温度从T5调至T6,导致光合速率减小而呼吸速率增大,生菜植物的有机物积累量将减少。
14.(2021·江苏,20,11分,难度★★)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。下图示叶肉细胞中部分代谢途径,虚线框内示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”,请据图回答下列问题。
(1)叶绿体在　　　　　上将光能转变成化学能,参与这一过程的两类色素是　　　　　。
(2)光合作用时,CO2与C5结合产生三碳酸,继而还原成三碳糖(C3),为维持光合作用持续进行,部分新合成的C3必须用于再生　　　　　;运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖,运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了　　　　　个CO2分子。
(3)在光照过强时,细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能,避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的　　　　　中的还原能输出叶绿体,并经线粒体转化为　　　　　中的化学能。
(4)为研究线粒体对光合作用的影响,用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦,实验方法是:取培养10~14d大麦苗,将其茎漫入添加了不同浓度寡霉素的水中,通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后,测定,计算光合放氧速率(单位为μmolO2·mg-1chl·h-1,chl为叶绿素)。请完成下表。
实验步骤的目的 简要操作过程
配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素难溶于水,需先溶于丙酮,配制高浓度母液,再用丙酮稀释成不同药物浓度,用于加入水中
设置寡霉素为单一变量的对照组 ①　　　　
②　　　　 对照组和各实验组均测定多个大麦叶片
光合放氧测定 用氧电极测定叶片放氧
答案 (1)类囊体薄膜　叶绿素、类胡萝卜素　(2)C5　12　(3)NADPH　ATP　(4)在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮　减少叶片差异造成的误差　叶绿素定量测定(或测定叶绿素含量)
解析 (1)光反应场所为叶绿体的类囊体薄膜,将光能转变成化学能,参与该反应的光合色素是叶绿素、类胡萝卜素。(2)暗反应中部分新合成的C3可以转化为C5继续被利用;一分子蔗糖含12个C原子,C5含有5个碳原子,固定1个CO2合成1个C3,因为还要再生出C5,故需要12个CO2合成一分子蔗糖。(3)NADPH起还原剂的作用,含有还原能,细胞呼吸过程中能量释放用于合成ATP中的化学能和热能。(4)对照组是在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮溶液。对照组和各实验组均测定多个大麦叶片的原因是减少叶片差异造成的误差。称重叶片,加乙醇研磨,定容,离心,取上清液测定其中叶绿素的含量。
15.(2021·福建,17,12分,难度★★)大气中浓度持续升高的CO2会导致海水酸化,影响海洋藻类生长进而影响海洋生态。龙须菜是我国重要的一种海洋大型经济藻类,生长速度快,一年可多次种植和收获。科研人员设置不同大气CO2浓度(大气CO2浓度LC和高CO2浓度HC)和磷浓度(低磷浓度LP和高磷浓度HP)的实验组合进行相关实验,结果如下图所示。
图1 图2
回答下列问题:
(1)本实验的目的是探究在一定光照强度下,　　　　　。
(2)ATP水解酶的主要功能是　　　　　。ATP水解酶活性可通过测定　　　　　表示。
(3)由图1、2可知,在较强的光照强度下,HC+HP处理比LC+HP处理的龙须菜净光合速率低,推测原因是在酸化环境中,龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素,因而细胞　　　　　增强,导致有机物消耗增加。
(4)由图2可知,大气CO2条件下,高磷浓度能　　　　　龙须菜的净光合速率。磷等矿质元素的大量排放导致了某海域海水富营养化,有人提出可以在该海域种植龙须菜。结合以上研究结果,从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是　　　　　。
答案 (1)不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响
(2)催化ATP水解　单位时间磷酸的生成量或单位时间ADP的生成量或单位时间ATP的消耗量
(3)呼吸作用
(4)提高　龙须菜在高磷条件下能快速生长,收获经济效益的同时,能降低海水中的磷等矿质元素的浓度,保护海洋生态
解析 (1)本实验研究CO2浓度和磷浓度对龙须菜生长的影响,故自变量是CO2浓度和磷浓度,因变量为海洋藻类龙须菜的生长状况,本实验目的是探究在一定光照强度下,不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响。(2)酶具有专一性,ATP水解酶的主要功能是催化ATP水解;酶活性可通过产物的生成量或底物的消耗量进行测定,由于ATP的水解产物是ADP和Pi,故ATP水解酶活性可通过测定单位时间磷酸的生成量或单位时间ADP的生成量或单位时间ATP的消耗量。(3)在较强的光照强度下,HC+HP处理比LC+HP处理的龙须菜净光合速率低,推测原因是在酸化环境中,龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素,矿质元素的吸收需要能量,因而细胞呼吸增强,导致有机物消耗增加。(4)由图2可知,大气CO2条件(LC组)下,HP组(高磷浓度)的净光合速率>LP组(低磷浓度)的净光合速率,故推测高磷浓度能提高龙须菜的净光合速率;结合以上研究结果,从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是龙须菜在高磷条件下能快速生长,收获经济效益的同时,能降低海水中的磷等矿质元素的浓度,保护海洋生态。
16.(2020·全国3,29,9分,难度★★★)参照表中内容,围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。
反应部位 (1)　　　　　　　　 叶绿体的类囊体膜 线粒体
反应物 葡萄糖 / 丙酮酸等
反应名称 (2) 光合作用的光反应 有氧呼吸的部分过程
合成ATP 的能量来源 化学能 (3)　　　　　 化学能
终产物 (除ATP外) 乙醇、CO2 (4)　　　　　 (5)
答案 (1)细胞质基质　(2)无氧呼吸　(3)光能
(4)O2、NADPH　(5)H2O、CO2
解析 能产生ATP、乙醇、CO2的生理过程为无氧呼吸,无氧呼吸的场所为细胞质基质。叶绿体的类囊体膜是光合作用光反应的场所,光反应是指叶绿体中的色素吸收光能,将水分解成O2和H+,NADP+和H+反应生成NADPH,并将光能转化为ATP中的化学能。线粒体是有氧呼吸第二、第三阶段的场所,有氧呼吸的最终产物除ATP外,还有H2O和CO2。
B、二年山东一模试题（2024-2025）
1.（2024德州一模，不定项）科研人员探究了不同光照强度下某植物光合作用、呼吸作用的变化规律，相关指标的检测结果如下表所示。下列说法正确的是（ ）
光照强度/% 净光合速率/u mol –m-2- s-1 呼吸速率/ u mol –m-2- s-1 叶绿素含量/mg·g-1
28.6 13.43- 1.09 1.96
52.5 13.98 1.58 2.15
78.3 14.13 2.12 2.56
100 12.38 3.67 1.83
A. 该植物可以通过降低呼吸速率来适应低光照强度环境
B. 实验中该植物最大光合作用速率为16.05μmol·m ·s-1
C. 若光照强度由78.3%降至52.5%短时间内植物体内C3含量会下降
D. 实验中低光照适应后该植物对光能的吸收能力会增强
【答案】AD
【解析】
【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】A、随着光照强度的下降，植物的呼吸速率下降，因此该植株可通过降低呼吸速率来适应低光照强度环境，A正确；
B、光照强度为78.3%时，实验中该植物光合作用速率最大，为14.13+2.12=16.25μmol·m ·s-1，B错误；
C、降低光照强度，光反应产物ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，短时间内CO2固定速率不变，C3的含量会上升，C错误；
D、实验中低光照叶绿素的含量比光照强度为100%时叶绿素含量有所增加，所以实验中低光照适应后该植物对光能的吸收能力会增强，D正确。
故选AD。
2.（2024烟台德州一模，不定项）科研人员探究了不同光照强度下某植物光合作用、呼吸作用的变化规律，相关指标的检测结果如下表所示。下列说法正确的是（ ）
光照强度/% 净光合速率/u mol –m-2- s-1 呼吸速率/ u mol –m-2- s-1 叶绿素含量/mg·g-1
28.6 13.43- 1.09 1.96
52.5 13.98 1.58 2.15
78.3 14.13 2.12 2.56
100 12.38 3.67 1.83
A. 该植物可以通过降低呼吸速率来适应低光照强度环境
B. 实验中该植物最大光合作用速率为16.05μmol·m ·s-1
C. 若光照强度由78.3%降至52.5%,短时间内植物体内C3含量会下降
D. 实验中低光照适应后该植物对光能的吸收能力会增强
【答案】AD
【解析】
【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】A、随着光照强度的下降，植物的呼吸速率下降，因此该植株可通过降低呼吸速率来适应低光照强度环境，A正确；
B、光照强度为78.3%时，实验中该植物光合作用速率最大，为14.13+2.12=16.25μmol·m ·s-1，B错误；
C、降低光照强度，光反应产物ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，短时间内CO2固定速率不变，C3的含量会上升，C错误；
D、实验中低光照叶绿素的含量比光照强度为100%时叶绿素含量有所增加，所以实验中低光照适应后该植物对光能的吸收能力会增强，D正确。
故选AD。
3.（2024菏泽一模，不定项）图1为通气法测定植物叶片的光合作用强度，装置中通入的气体CO2浓度可以调节。将适量叶片置于同化箱中，在一定的光照强度和温度条件下，让空气沿箭头方向缓慢流动，并用CO2分析仪测定A、B两处气体CO2浓度的变化。图2为“半叶法”测定番茄叶片的光合作用强度，将对称叶片的一部分（C）遮光处理，另一部分（D）不做处理，且阻断两部分的物质和能量转移。在适宜光照条件照射1小时后，在C、D的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重为MC和MD.下列说法正确的是（ ）
A. 图1中可通过A、B两处气体的CO2浓度高低推测出叶片是否积累有机物
B. 图1中可通过控制同化箱内的CO2浓度和光照强度来调控B处气体CO2浓度
C. 图2中D叶片所截取部分每小时光合作用积累的有机物总量为MD
D. 图2中D叶片所截取部分每小时光合作用合成的有机物总量为MD-MC
【答案】ABD
【解析】
【分析】分析实验装置：A处气体CO2浓度表示起始浓度、B处气体CO2浓度表示已经过呼吸作用或光合作用后的浓度，因此两处的差值就可以表示有氧呼吸产生的CO2或光合作用净吸收的CO2量。在黑暗条件下，植物只进行呼吸作用，因此两处的差值就可以表示有氧呼吸释放的CO2量。在光照条件下既进行光合作用又进行呼吸作用，则两处的差值就可以表示光合作用净吸收的CO2量。
【详解】A、如图1所示，A处代表原始CO2浓度，B处代表植物经过光合作用与呼吸作用后的CO2浓度，通过A、B两处气体的CO2浓度高低推测出叶片是否积累有机物，A正确；
B、B处代表植物经过光合作用与呼吸作用后的CO2浓度，可以通过控制光照强度来调节植物的呼吸作用强度与光合作用相强度，来调控B处气体CO2浓度，B正确；
CD、假设C、D的对应部位截取同等面积的叶片初始质量为M（处理前），因此M-MC表示每小时呼吸作用消耗的有机物总量，MD-M表示每小时光合作用积累的有机物总量，则图2中D叶片所截取部分每小时光合作用合成的有机物总量=（MD-M）+（M-MC）=MD-MC，C错误，D正确。
故选ABD。
4.（2025济宁一模） Rubisco酶具有“两面性”，CO2浓度较高时，该酶参与暗反应，催化C5与CO2反应，最终得到光合产物；O2浓度较高时，该酶参与光呼吸，催化C5与O2反应形成乙醇酸，最终产生CO2。图示实线部分为高光、高温条件下，水稻叶肉细胞的部分代谢过程，图示虚线为利用基因工程技术构建的光呼吸GOC支路。回答下列问题。
（1）光合作用暗反应过程中Rubisco催化反应的产物被还原，为其提供能量的物质是______。晴朗的夏季中午，水稻会出现“光合午休”现象，该现象的产生主要与一种植物激素含量的变化相关，该激素为_______。
（2）图中参与光呼吸过程的细胞结构有_______。研究发现，光照强度降低时，光呼吸的速率也会降低，推测其原因是_______。
（3）光呼吸GOC支路的构建可显著提高水稻产量，其原理是______。
【答案】（1） ①. NADPH和ATP ②. 脱落酸（或脱落酸和乙烯）
（2） ①. 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 ②. 光照强度降低时光反应产生的O2减少，Rubisco 催化的C5与O2反应速率降低
（3）该支路提高了叶绿体中CO2的浓度，提高了CO2竞争Rubisco酶的优势，光呼吸减弱，光合作用增强
【解析】
【分析】植物的光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，产物有氧气、ATP和NADPH；暗反应的场所为叶绿体基质，包括二氧化碳的固定和C3的还原。
【小问1详解】
光反应过程光能转化成活跃的化学能储存在ATP和NADPH中，ATP和NADPH为暗反应提供能量。脱落酸能够诱导气孔关闭，减少水分的散失，帮助植物应对干旱等逆境条件。水稻会出现“光合午休”现象的产生主要就是与脱落酸有关。
【小问2详解】
据图可知，参与光呼吸过程的细胞结构有叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。依题意，当氧气浓度高时Rubisco酶参与光呼吸，光照强度降低时光反应产生的O2减少，Rubisco 催化的C5与O2反应速率降低，光呼吸的速率也降低。
【小问3详解】
依题意，CO2浓度高时，Rubisco酶参与暗反应。GOC支路提高了叶绿体中CO2的浓度，提高了CO2竞争Rubisco酶的优势，光呼吸减弱，光合作用增强。因此，光呼吸GOC支路的构建可显著提高水稻产量。
5.（2024青岛一模）植物含叶绿体的细胞在光照下不但进行CO2的同化，而且存在依赖光的消耗O2释放CO2的反应，称为光呼吸。研究发现，光呼吸是由于O2竞争性地结合卡尔文循环关键酶Rubisco造成的。Rubisco的底物CO2与O2竞争同一活性位点，互为抑制剂。该酶既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中生成CO2。下图表示叶肉细胞中有关代谢过程。
（1）绿色植物细胞中能够产生CO2的场所是____________。在较高CO2浓度环境中，Rubisco所催化的反应产物主要是___________。利用提取的Rubisco模拟光合作用暗反应过程。构建反应体系时需加入的供能物质有___________。
（2）当环境中CO2与O2含量比值___________（填“偏高”或“偏低”）时，叶片容易发生光呼吸。已知温度升高会降低细胞溶胶中气体的溶解度，试分析温度高于某一临界值时，光呼吸迅速增加的原因是___________。
（3）从光反应和暗反应物质联系的角度分析，高O2浓度条件下，短时间内NADPH含量升高的原因是___________。
（4）过强的光照会导致光合作用光反应产物过剩，对细胞造成伤害，分析上图中光呼吸过程，推测光呼吸存在的生理意义是___________。
【答案】（1） ①. 细胞质基质和线粒体基质 ②. C3（PGA） ③. ATP和NADPH
（2） ①. 偏低 ②. 温度高于临界值时，细胞溶胶中CO2溶解度降幅大于O2，CO2/O2比值降低，更有利于光呼吸进行
（3）高浓度O2条件下，CO2固定能力减弱，生成的C3减少，C3的还原消耗的NADPH减少，NADPH生成量基本不变，相对含量升高
（4）光呼吸消耗掉过剩的ATP和NADPH，减少对细胞结构的损伤，是一种保护机制
【解析】
【分析】光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。近年来的研究结果表明，光呼吸是在长期进化过程中，为了适应环境变化，提高抗逆性而形成的一条代谢途径，具有重要的生理意义。
【小问1详解】
绿色植物细胞可以进行有氧呼吸和无氧呼吸（乙醇发酵），有氧呼吸产生CO2的场所是线粒体基质，乙醇发酵产生CO2的场所是细胞质基质，故绿色植物细胞中能够产生CO2的场所是细胞质基质和线粒体基质；题干信息可知，Rubisco既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反应，且底物CO2与O2竞争同一活性位点，互为抑制剂，在较高CO2浓度环境中，Rubisco所催化的反应产物主要是C3（PGA）；ATP和NADPH用于暗反应三碳化合物的还原，故利用提取的Rubisco模拟光合作用暗反应过程。构建反应体系时需加入的供能物质是ATP和NADPH。
【小问2详解】
植物含叶绿体的细胞在光照下不但进行CO2的同化，而且存在依赖光的消耗O2释放CO2的反应，称为光呼吸；当环境中CO2与O2含量比值偏低时，叶片容易发生光呼吸。温度高于临界值时，细胞溶胶中CO2溶解度降幅大于O2，CO2/O2比值降低，更有利于光呼吸进行。
【小问3详解】
高浓度O2条件下，CO2固定能力减弱，生成的C3减少，C3的还原消耗的NADPH减少，NADPH生成量基本不变，相对含量升高。
【小问4详解】
分析题意并结合题图可知，光呼吸消耗掉过剩的ATP和NADPH，减少对细胞结构的损伤，是一种保护机制。
6.（2024日照一模）植物在夏季常受到高温和强光的双重胁迫。研究人员将番茄植株在适宜温度、适宜光照条件（CK）下和高温、强光条件（HH）下培养一段时间后，测得的相关指标如下表。
组别 净光合速率（μmol·m-2·s-1） 气孔导度（mmol·m-2·s-1） 胞间CO2浓度（ppm） Rubisco活性（U·mL-1）
CK 12.1 114.2 308 189
HH 1.8 31.2 448 61
（1）由表中数据可知，高温和强光的双重胁迫下，气孔导度下降_________（填“是”或“不是”）净光合速率降低的主要因素，依据是_________。
（2）Rubisco在光下催化RuBP（C5）与CO2的反应。表中数据表明，高温和强光的双重胁迫下，番茄叶绿体中Rubisco活性下降，暗反应减慢，导致光反应产物_________积累，进而导致叶绿体_________上的色素分子被破坏，从而影响光反应。
（3）科研人员发现植物细胞内的呼吸链中存在由交替氧化酶（AOX）主导的交替呼吸途径，对植物抵抗强光具有重要意义。下图表示交替呼吸途径对光合作用相关反应的影响。
分析可知，强光环境下，植物细胞通过图示中“草酰乙酸/苹果酸穿梭”和交替呼吸途径，能够_________，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。
【答案】（1） ①. 不是 ②. 依据表中数据显示HH组与CK组相比，净光合速率、气孔导度、R酶活性都下降，气孔导度下降但胞间二氧化碳浓度较高
（2） ①. ATP、NADPH ②. 类囊体薄膜
（3）将过多的NADPH中的还原能转移出叶绿体，并最终在线粒体中，参与由交替氧化酶(AOX)主导的交替呼吸，将其中的能量转化为ATP中的化学能和热能，其中大部分能量以热能的形式散失
【解析】
【分析】1、光合作用的过程分为光反应和暗反应两个阶段，光反应的场所为类囊体薄膜，包括水的光解生成还原氢和氧气，以及ATP、NADPH的合成；暗反应的场所为叶绿体基质，包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原两个过程。
2、分析表格：实验的自变量是温度和光照强度，表中数据显示亚高温高光组与对照组相比，净光合速率、气孔导度、Rubisco活性都下降，但胞间CO2浓度却上升。
【小问1详解】
实验的自变量是温度和光照强度，表中数据显示HH组与CK组相比，净光合速率、气孔导度、R酶活性都下降，气孔导度下降但胞间二氧化碳浓度较高，故气孔导度下降不是净光合速率降低的主要因素。
【小问2详解】
R酶活性降低，导致暗反应速率下降，C3的还原速率减慢，则消耗光反应的产物ATP和[H]的量减少，即导致光反应产物ATP和[H]积累，进而导致叶绿体类囊体薄膜上的色素分子被破坏，从而影响光反应。
【小问3详解】
由题图可知植物细胞通过“草酰乙酸/苹果酸穿梭”途径，将过多的NADPH中的还原能转移出叶绿体，并最终在线粒体中，参与由交替氧化酶(AOX)主导的交替呼吸，将其中的能量转化为ATP中的化学能和热能，其中大部分能量以热能的形式散失，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。
7.（2024枣庄一模）小麦、水稻等大多数植物，在暗反应阶段，CO2被C5固定以后形成C3，进而被还原成（CH2O），这类植物称为C3植物且玉米、甘蔗等原产在热带的植物，CO2中的碳首先转移到草酰乙酸（C4）中，然后转移到C3中，这类植物称为C4植物，其固定CO2的途径如图1所示。芦荟、仙人掌等植物白天气孔关闭，夜间气孔开放，这类植物在进化中形成了特殊的固碳途径，如图2所示，这类植物称为CAM植物。（注：PEP羧化酶比RUBP羧化酶对CO2的亲合力更强）
（1）C4植物的光反应发生在___细胞。在炎热于旱夏季的中午，C4植物比C3植物的优越性表现为___。
（2）CAM植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于___过程，夜晚其叶肉细胞能产生ATP的场所是___。
（3）蝴蝶兰因花色艳丽、花姿优美、开花期长，一直以来深受爱花者的青睐。有人想在室内大量培养蝴蝶兰，又担心植物多，在夜晚会释放大量的CO2不利于健康。请你根据图1、图2的固碳途径，利用CO2传感器，设计实验探究蝴蝶兰是否是CAM植物。
实验思路：___。
实验结果和结论___。
【答案】（1） ①. 叶肉 ②. 炎热干旱夏季的中午，植物气孔大量关闭，使得空气中的CO2不易进入细胞，细胞内CO2浓度较低，而C4植物的PEP羧化酶比RUBP羧化酶对CO2的亲合力更强，可以利用低浓度的CO2
（2） ①. 苹果酸分解和细胞呼吸（有氧呼吸） ②. 细胞质基质和线粒体
（3） ①. 可检测密闭容器内白天和晚上CO2的浓度变化 ②. 实验思路：在密闭装置内种植蝴蝶兰，利用CO2传感器测定其白天和夜晚CO2含量变化的差异
实验结论：若密闭容器内白天CO2不变，晚上CO2下降，则为CAM植物，若白天CO2下降，晚上CO2增多，则不是CAM植物
【解析】
【分析】光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧气的过程。光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段的特征是在光驱动下生成氧气、ATP和NADPH的过程。暗反应阶段是利用光反应生成NADPH和ATP使气体二氧化碳还原为糖。由于这阶段基本上不直接依赖于光，而只是依赖于NADPH和ATP的提供，故称为暗反应阶段。
【小问1详解】
结合图1可知，叶肉细胞的叶绿体中有类囊体没有RuBP羧化酶，因此可以进行光反应，不能进行暗反应；C4植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性较强，对CO2的亲和力很大，这种酶就起一个“二氧化碳泵”的作用，把外界CO2“压”进维管束鞘薄壁细胞中去，增加维管束鞘薄壁细胞的CO2。所以，在炎热干旱环境中，叶片关闭气孔以减少水分的丧失，导致叶片中CO2浓度大大下降，因此在这样的环境中，C4植物在较低CO2浓度时光合速率高于C3植物。
【小问2详解】
结合图2可知，CAM植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于呼吸过程释放和苹果酸分解；夜晚其叶肉细胞能产生ATP的过程是呼吸作用，场所是细胞质基质和线粒体。
【小问3详解】
CAM植物白天气孔关闭，夜间气孔开放，因此要设计实验探究蝴蝶兰是否是CAM植物，可从密闭容器内白天和晚上CO2的变化可知，将蝴蝶兰培养在透明的密闭容器内，置于自然环境中，若白天CO2不变，晚上CO2下降，则为CAM植物，若白天CO2下降，晚上CO2增多，则不是CAM植物。
8.（2024实验中学一模）马铃薯植株下侧叶片合成的有机物通过筛管主要运向块茎贮藏。图1是马铃薯光合作用产物的形成及运输示意图，图2是蔗糖进入筛分子-伴胞复合体的一种模型。请回答下列问题：
（1）图1所示的代谢过程中，需要光反应产物参与的过程是_______（填标号）。为马铃薯叶片提供C18O2，块茎中会出现18O的淀粉，请写出18O转移的路径：C18O2→________→淀粉。
（2）研究发现，叶绿体中淀粉的大量积累会导致________膜结构被破坏，进而直接影响光反应。保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔导度，使________，进而抑制暗反应。
（3）图2中甲具有________酶活性。乙（SUT1）是一种蔗糖转运蛋白，在成功导入蔗糖转运蛋白反义基因的马铃薯植株中SUT1的表达水平降低，叶片中可溶性糖和淀粉总量________，最终导致块茎产量________。
（4）科研人员以Q9、NB1、G2三个品种的马铃薯为材料，研究不同光周期处理对马铃薯块茎产量的影响，在24h昼夜周期中对马铃薯幼苗分别进行16h（长日照）、12h（中日照）、8h（短日照）三种光照时间处理，保持其他条件相同且适宜，培养一段时间后，发现长日照组叶绿素含量最高，但只有中日照和短日照组有块茎生成，结果如图。
①分析上述信息可知，光影响马铃薯幼苗的生理过程可能有________（至少写出两点）。
②分析上图，单位时间内光周期影响平均单株块茎产量增量最高的实验组是________。
③若将马铃薯叶片分为对照组和实验组，对照组叶片遮光处理，10h后检测到叶片的干物质减少量为Amg；某实验组10h后检测到叶片的干物质增加量为Bmg，实验叶片的面积为Ccm2，则该组的光合速率可以表示为_____。若要进一步研究不同CO2浓度对马铃薯叶片光合速率的影响，并尽量避免有机物的输出对实验结果的影响，应该选择______（填“长日照”“中日照”或“短日照”）组的植株为实验材料。
【答案】（1） ①. ② ②. C3→磷酸丙糖→蔗糖
（2） ①. 类囊体 ②. CO2吸收减少
（3） ①. ATP水解 ②. 升高 ③. 降低
（4） ①. 叶绿素合成、光合作用、有机物的运输和储存等 ②. NB1中日照组 ③. 0.1（A+B）/C mg·cm-2·h-1 ④.
长日照
【解析】
【分析】分析图1：①是光合作用的暗反应阶段的CO2的固定阶段，②是暗反应中的C3的还原阶段。从图中可以看出，暗反应在叶绿体基质中进行，其产物磷酸丙糖可以在叶绿体基质中合成淀粉，也可以被运出叶绿体，在叶肉细胞中的细胞质基质中合成蔗糖，蔗糖可以进入液泡暂 时储存起来；蔗糖也可以通过韧皮部被运至茎块细胞，在茎块细胞内合成淀粉；分析图2：结构甲具有ATP水解酶的功能，同时利用ATP水解释放的能量把H+运出细胞，导致细胞外H+浓度较高，属于主动运输；结构乙能够依靠细胞膜两侧的H+浓度差把H+运入细胞，属于协助扩散，同时把蔗糖分子也运入细胞。
【小问1详解】
在叶绿体中C3的还原反应即②过程需要光反应提供ATP和NADPH，需要ATP和NADPH供能以及需要NADPH提供还原剂；为马铃薯叶片提供C18O2，会进行光合作用，最后块茎中的淀粉会含18O，由图可知，元素18O转移的路径：C18O2→C3 →磷酸丙糖→蔗糖→淀粉。
【小问2详解】
光反应的场所是类囊体薄膜，因此叶绿体中淀粉的积累会导致类囊体膜结构被破坏，进而直接影响光反应。保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔导度，即气孔的开放程度下降，影响二氧化碳的吸收，即二氧化碳的吸收量下降，进而暗反应速率下降，光合速率下降。
【小问3详解】
由图可知，在结构甲的作用下，ATP水解，H+逆浓度运输至胞外，说明结构甲具有ATP水解酶的功能与物质运输的功能；成功导入蔗糖转运蛋白反义基因的马铃薯植株中SUTl的表达水平降低，筛分子-伴胞复合体的蔗糖转运蛋白乙含量减少，叶肉细胞中蔗糖分子通过结构乙转运出叶肉细胞的量减少，叶肉细胞中蔗糖积累，可溶性糖和淀粉总量升高，抑制光合作用，最终导致块茎产量降低。
【小问4详解】
①本实验研究不同光周期处理对马铃薯产量的影响，最终发现长日照组叶绿素含量最高，但只有中日照和短日照组有块茎生成，由此推断光影响的马铃薯幼苗的代谢过程可能有叶绿素的合成、光合作用、有机物的运输和储存、细胞呼吸、酶的合成等；
②由图可知，对NB1品种进行12h的中日照，在处理45～60d期间差值最大，即单株产量增量最高；

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