2024年高考生物二轮复习专题-细胞代谢（新高考专用）
挑战真题练+技巧点拨用+能力提升练
1．(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
[解析](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。
2．(2023·湖南·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
[解析](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。
3．(2024·浙江·高考真题)长江流域的油菜生产易受渍害。渍害是因洪、涝积水或地下水位过度升高，导致作物根系长期缺氧，对植株造成的胁迫及伤害。
回答下列问题：
(1)发生渍害时，油菜地上部分以有氧(需氧)呼吸为主，有氧呼吸释放能量最多的是第 阶段。地下部分细胞利用丙酮酸进行乙醇发酵。这一过程发生的场所是 ，此代谢过程中需要乙醇脱氢酶的催化，促进氢接受体(NAD+)再生，从而使 得以顺利进行。因此，渍害条件下乙醇脱氢酶活性越高的品种越 (耐渍害/不耐渍害)。
(2)以不同渍害能力的油菜品种为材料，经不同时长的渍害处理，测定相关生理指标并进行相关性分析，结果见下表。
光合速率 蒸腾速率 气孔导度 胞间CO2浓度 叶绿素含量
光合速率 1
蒸腾速率 0.95 1
气孔导度 0.99 0.94 1
胞间CO2浓度 -0.99 -0.98 -0.99 1
叶绿素含量 0.86 0.90 0.90 -0.93 1
注：表中数值为相关系数(r)，代表两个指标之间相关的密切程度。当|r|接近1时，相关越密切，越接近0时相关越不密切。
据表分析，与叶绿素含量呈负相关的指标是 。已知渍害条件下光合速率显著下降，则蒸腾速率呈 趋势。综合分析表内各指标的相关性，光合速率下降主要由 (气孔限制因素/非气孔限制因素)导致的，理由是 。
(3)植物通过形成系列适应机制响应渍害。受渍害时，植物体内 (激素)大量积累，诱导气孔关闭，调整相关反应，防止有毒物质积累，提高植物对渍害的耐受力；渍害发生后，有些植物根系细胞通过 ，将自身某些薄壁组织转化腔隙，形成通气组织，促进氧气运输到根部，缓解渍害。
[答案](1) 三/3 细胞质基质 葡萄糖分解(糖酵解) 耐渍害
(2) 胞间CO2浓度 下降 非气孔限制因素 胞间CO2浓度与光合速率和气孔导度呈负相关
(3) 脱落酸 程序性死亡/凋亡
[解析](1)有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜进行，是有氧呼吸过程中释放能量最多的阶段。乙醇发酵(无氧呼吸)的场所是细胞质基质。葡萄糖分解形成丙酮酸和NADH，该过程需要NAD+参与，所以氢接受体(NAD+)再生，有利于葡萄糖分解的正常进行，由此可知，渍害条件下乙醇脱氢酶活性越高的品种能产生更多的能量维持生命活动的进行，更加耐渍害。
(2)由表可知，叶绿素含量与胞间CO2浓度的相关系数为负值，说明二者呈负相关。光合速率与蒸腾速率的相关系数为0.95，为正相关，所以光合速率显著下降，则蒸腾速率呈下降趋势。由于胞间CO2浓度与光合速率和气孔导度呈负相关，即虽然气孔导度下降，但胞间CO2上升，说明光合速率下降主要由非气孔
限制因素导致的。
(3)脱落酸具有诱导气孔关闭的功能，在受渍害时，其诱导气孔关闭，调整相关反应，防止有毒物质积累，提高植物对渍害的耐受力。渍害发生后，有些植物根系细胞通过通过凋亡(程序性死亡)，从而形成腔隙，进一步形成通气组织，促进氧气运输到根部，缓解渍害。
4．(2023·重庆·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
[解析](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。
5．(2023·辽宁·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
[解析](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。
6．(2023·江苏·高考真题)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
[解析](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.。
[典例1](2024·湖南张家界·二模)为探究连续红、蓝光照对辣椒幼苗生长及生理特性的影响，某研究小组选择生理状态一致的辣椒幼苗进行了15d(天)实验。实验结果如图所示(C：光照时间为14h/d，即正常光照时间；T：光照时间为24h/d，即连续光照；W：白光；B：蓝光；R：红光。如：CW表示每天用白光处理14小时、TB表示每天用蓝光连续照射24小时)。回答下列问题：
(1)光质直接影响辣椒光合作用的 阶段，该阶段的场所是叶绿体的 ，通过该阶段，光能转化为 中的化学能。
(2)依据图所示结果，你能得出的结论是 (答出1点)。
(3)为探究出现图所示结果的原因，该小组对各组叶片的净光合速率进行了检测，结果如表：
指标(相对值) 处理组 净光合速率/(mmol·m-2·s-1) 气孔导度/(mmol·m-2·s-1) 胞间CO2浓度/(mmol·mol-1)
CW 380 7.1 4.4
CB 300 3.7 2.9
CR 400 4.2 2.8
TW 420 2.5 0.5
TB 280 2.3 1.5
TR 402 2.4 0.8
不同光处理对辣椒幼苗叶片光合特性的影响
连续红光处理期间，若降低环境中CO2浓度，则短时间内叶肉细胞中C5的含量会 (填“增加”、“下降”或“不变”)，理由是 。
结合表，请推测TW组辣椒幼苗出现图所示结果的原因是 。
(4)若要为辣椒栽培提供更好的理论基础，可在该研究的基础上继续进行实验。例如： (答出1点)。
[答案](1) 光反应 类囊体薄膜(基粒) NADPH和ATP
(2)a．不同的光环境(光照时间和光质)处理，对辣椒幼苗生长的影响存在差异；b．红光处理能促进辣椒幼苗生长，而连续的蓝光照射对辣椒幼苗生长有明显的抑制作用(答出1点即可，其他类似合理答案均可)
(3) 增加 降低CO2浓度，CO2的固定减慢，C5的消耗减少，C3还原生成C5的反应仍在进行 在TW组辣椒幼苗通过光合作用积累的有机物中，转移到根系的有机物的比例高
(4)a．改变光质(红光和蓝光)的配比进行连续光照；b．光照和黑暗交替进行；c．连续红光(蓝光)处理时，适当补充蓝光(红光)(答出1点，其他答案合理均可)
[解析](1)光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段。光照强度、光质等直接影响光合作用的光反应阶段，该阶段发生在叶绿体的类囊体薄膜。光反应阶段光能转化为NADPH和ATP中的化学能。
(2)本实验的目的是探究连续红、蓝光照对辣椒幼苗生长及生理特性的影响，据图可知，与对照组相比，用红光处理后辣椒幼苗生长显著，而连续的蓝光照射对辣椒幼苗生长有明显的抑制作用，即：不同的光环境(光照时间和光质)处理，对辣椒幼苗生长的影响存在差异。
(3)若降低环境中CO2浓度，则短时间内CO2的固定减慢，C5的消耗减少，由于C3还原生成C5的反应仍在进行，故叶肉细胞中C5的含量会增加。TW组辣椒幼苗的净光合速率最高，但其地上部分生长发育情况一般，这说明在TW组辣椒幼苗通过光合作用积累的有机物中，转移到根系的有机物的比例高。
(4)若要为辣椒栽培提供更好的理论基础，可在该研究的基础上继续进行实验，例如：改变光质(红光和蓝光)的配比进行连续光照；光照和黑暗交替进行；连续红光(蓝光)处理时，适当补充蓝光(红光)等。
技巧点拨：光合作用速率：
(1)表示方法：以单位时间内单位面积光合作用固定(消耗)CO2量、O2量、制造有机物量来衡量。
(2)测定方法：植物进行光合作用的同时，还进行呼吸作用，因此直接测定(真正)光合作用速率是很困难的，而我们只能测定净光合速率。所以可以推导出：真正的光合作用速率 = 净光合作用速率 + 呼吸作用速率。
(3)植物“三率”间的内在关系
①呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
④三种速率的表示方法：(对象：植株、叶片、细胞)
真光合速率 O2产生(生成)速率 CO2固定速率 有机物产生(制造、生成)速率
净(表观)光合速率 O2释放速率 CO2吸收速率 有机物积累速率
呼吸速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率
[变式—1](2024·河南郑州·模拟预测)植物在光下可以进行多项生理过程，图表示黑麦草叶肉细胞中可以进行的相关生理过程。为研究高温胁迫对黑麦草生长的影响，研究人员做了以下实验：对照组昼夜温度分别设为25℃和20℃，高温处理组昼夜温度分别设为35℃和30℃，其余培养条件相同。在培养的第5天和第15天分别对对照组和高温处理组的各参数进行测定和统计，结果如表所示。
取样时间/d 组别 净光合速率/μmol·m-2·s-1 气孔开放程度/mol·m-2·s-1 胞间CO2浓度/μmol·moL-1 Rubisco酶最大催化速率/μmol·m-2·s-1
5 对照组 13.5 0.244 273 62.3
高温处理组 8.6 0.128 186 62
15 对照组 12.9 0.234 271 63.4
高温处理组 4.5 0.086 292 38.3
(1)图中序号①表示的过程发生的场所在 ，④表示的生理过程是 。④过程中的[H]是一种十分简化的表示方式，产生[H]的过程实际上是指 。
(2)Rubisco酶可催化CO2固定，发生在图中的 (填序号)。根据表中数据分析短时间的高温处理导致净光合速率下降的主要原因是 。
(3)高温处理15天后，胞间CO2浓度 (填“升高”或“降低”)，可能的原因是 。
[答案](1) 类囊体薄膜(或基粒) 有氧呼吸第一阶段和第二阶段 氧化型辅酶Ⅰ(结合H+和电子)转化成还原型辅酶Ⅰ(或NAD+结合H+和电子转化成NADH)
(2) ② 气孔开放程度下降，植物胞间CO2浓度下降，植物暗反应速率减慢，制造的有机物减
少，由于温度升高，导致呼吸作用消耗的有机物增多
(3) 升高 持续高温导致Rubisco酶活性降低，光合作用固定CO2的能力下降，而气孔开放程度降低，从外界进入的CO2减少，但是呼吸作用产生的CO2增多，导致胞间CO2浓度升高
[解析](1)①表示光反应，发生在叶绿体的类囊体薄膜(或基粒)，产生[H]和CO2的过程为有氧呼吸第一阶段和第二阶段，产生[H]的过程实际上是指氧化型辅酶Ⅰ转化成还原型辅酶Ⅰ(或NAD+转化成NADH)。
(2)CO2固定属于光合作用的暗反应阶段，用图中②表示。气孔开放程度下降，植物胞间CO2浓度下降，植物暗反应速率减慢，制造的有机物减少，由于温度升高导致呼吸作用消耗的有机物增多。
(3)持续高温导致Rubisco酶活性降低，光合作用固定CO2的能力下降，而气孔开放程度降低，从外界进入的CO2减少，但是呼吸作用产生的CO2增多，导致胞间CO2浓度升高。
[典例2](2024·河北·模拟预测)如图表示某一黄瓜品种在不同浓度的CO2环境中，光合作用速率受光照强度影响的变化曲线。回答下列问题：
(1)暗反应中植物吸收的CO2在相关酶的作用下，与 结合，形成的产物为C3，每生成2分子的C3，需要固定 分子CO2。C3转变为 后转运到植物的其他部位。
(2)据图分析，限制C点光合速率的主要环境因素是 。
(3)强光照射后，短时间内黄瓜植株的氧气产生速率持续增加，但暗反应达到一定速率后不再增加，可能的原因有 (答出2个)。
(4)为提高黄瓜产量，科研人员分别在冬季和春季对两个黄瓜品种(甲和乙)的光合产物输出率进行了研究，实验中使用14C标记的CO2对黄瓜叶片“饲喂”48小时后，进行检测，相关结果如表所示。
季节 品种 14C-光合产物输出率(%) 14C-光合产物在黄瓜植株各部分的分配
瓜(%) 茎(%) 根(%)
冬季 甲 22.27 2.34 10.66 2.53
乙 35.27 3.98 19.80 5.11
春季 甲 51.99 36.95 8.78 2.08
乙 47.17 23.03 13.68 3.71
注：假设甲和乙两个黄瓜品种在相同条件下的光合产量相同。
①该实验的无关变量有 (答出2个)。
②根据表格数据能否判断冬季种植品种乙比种植品种甲黄瓜产量更高？为什么？ 。
[答案](1) C5 1/一 蔗糖
(2)CO2浓度和光照强度
(3)C5供应不足、CO2浓度较低，暗反应相关酶的数量有限(答出2个)
(4) 黄瓜的生理状态，CO2浓度(合理即可) 不能，因为黄瓜品种甲和品种乙的净光合速率未知
[解析](1)光合作用的暗反应包括CO2的固定、C3的还原和C5的再生，1分子的CO2与一分子的C5反应形成2分子C3，产生的C3转变为蔗糖后会被运输至植物的其他部位。
(2)C点时，增加光照强度和CO2浓度都能提高黄瓜叶肉细胞的光合速率，因此C点时限制光合速率的主要因素是CO2浓度和光照强度。
(3)光合作用的进行需要酶的催化，强光照射后，短时间内黄瓜的光反应速率持续增加，而暗反应达到一定速率后不再增加，限制因素可能与暗反应所需原料(如二氧化碳、五碳化合物的量)或与暗反应有关酶的数量或活性有关。
(4)①分析题意，本实验目的是对冬季和春季对两个黄瓜品种(甲和乙)的光合产物输出率进行研究，实验的自变量是季节和黄瓜品种，因变量是光合产物输出率，无关变量有黄瓜的生理状态，CO2浓度，应保持等量且适宜。
②由表可知，冬季黄瓜品种乙光合产物的输出率和光合产物在植株瓜部分的分配率比品种甲高，但由于黄瓜品种甲和品种乙的净光合速率未知，所以不能判断哪个品种的产量更高。
技巧点拨：光照强度影响光合作用强度的曲线，由于绿色植物每时每刻都要进行细胞呼吸，所以在光下测定植物光合强度时，实际测得的数值应为光合作用与细胞呼吸的代数和(称为“表观光合作用强度")。如下图：A表示植物呼吸作用强度，A点植物不进行光合作用，B点表示光补偿点，C点表示光饱和点。限制C点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素含量、酶的数量和最大活性，外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。
[变式—2](2024·宁夏银川·模拟预测)我国科研团队培育出的“海水稻”(耐盐碱水稻)，可以用一定浓度的海水直接灌溉。这一成果可以提高盐碱地农作物的产量。回答下列问题。
(1)海水稻叶肉细胞内色素吸收的光能用于 、 过程。
(2)与普通水稻相比，海水稻能在盐碱地生长的根本原因是 。
(3)右图表示在适宜的条件下，两种海水稻甲、乙的光合速率随光照强度变化的情况：据图可知，更适合在盐碱滩涂地(光照充足)生长的是 。某科研小组推测可能是因为该种海水稻的叶绿素含量更高，为验证该推测，可分别提取并用 法分离甲、乙两种植株叶片中的色素，比较色素带的宽窄即可。
(4)氧化物歧化酶简称SOD,该酶可清除细胞内自由基，过多的自由基会影响细胞代谢。科研人员发现：若用一定浓度的NaCl溶液模拟盐碱环境处理海水稻和普通水稻，两者细胞中SOD会发生如下图所示变化。根据实验结果，比较普通水稻和海水稻处理前后细胞中SOD含量的变化： ,此变化的意义是 。
[答案](1) 水的光解 NADPH、ATP的合成
(2)海水稻中存在耐盐碱基因
(3) 甲 纸层析法
(4) 两种水稻细胞中SOD含量都有上升，但海水稻细胞中上升较为显著 SOD增多，利于清除过多的自由基，从而有利于细胞抵抗盐碱环境
[解析](1)海水稻叶肉细胞中的光合色素吸收的光能用于水的光解、NADPH和ATP的合成。
(2)与普通水稻相比，海水稻能在盐碱地生长的根本原因是海水稻中存在耐盐碱基因
(3)由图可知，由于水稻甲的光饱和点远高于海水稻乙，光照充足的情况下，海水稻甲的光合速率较大，更适合在盐碱滩涂地(光照充足)生长的是甲海水稻。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)，分离色素时采用纸层析法。
(4)分析图2可知，两种水稻细胞中SOD含量都有上升，但海水稻细胞中上升较为显著，因为SOD增多，利于清除过多的自由基，从而有利于细胞抵抗盐碱环境。
1．(2024·黑龙江·二模)为了研究温度对番茄植株光合作用与呼吸作用的影响，某生物兴趣小组利用植物光合测定装置进行实验(如甲图)，在适宜的光照和不同的温度条件下测定的CO2的吸收速率与释放速率绘制了乙图(提示：有色液滴移动1cm相当于乙图中纵轴的1个单位)。回答下列问题：
(1)测定番茄植株光合速率时，X应为 溶液，为了使实验结果更准确，还需要设计一个对照组，请在甲图所示装置中进行修改，使其变成对照组，具体的修改措施是 。若要利用甲图装置测定番茄植株的呼吸速率，需要进行的操作是 。
(2)乙图中虚线表示番茄植株的 (填“净”或“真”)光合速率变化，温度为15℃时，番茄植株的真光合速率为 mg/h。
(3)若在5℃和一定的光照条件下，发现甲图装置的有色液滴在1小时内没有移动，其原因是 ；若在
适宜的光照和5℃的条件下，有色液滴在1小时内向右移动了1cm，这1cm代表的含义是 。
(4)在光照等其他条件适宜的情况下，在 ℃时，有色液滴向右移动的距离最大。
(5)乙图中a点后虚线下降的原因是 ；b点条件下，每天光照14h，番茄植株 (填“能”或“不能”)正常生长。
[答案](1) NaHCO3 将甲图中的番茄植株换成死亡的番茄植株，其他条件保持不变 将甲装置移入黑暗环境中
(2) 净 3．5
(3) 番茄植株的光合速率等于呼吸速率 番茄植株的净光合速率是1mg/h
(4)25
(5) 温度过高，与光合作用有关的酶的活性降低，光合速率降低、呼吸速率增大，净光合速率降低 能
[解析](1)若用甲图装置测定光合速率，则X应为NaHCO3溶液，为植物的光合作用提供CO2，同时需要适宜的光照强度；为了排除环境中无关因素的影响，使实验结果更准确，还需要设计除绿色植物(将植物换做死的植物)外均与实验组相同的对照组，即在甲图所示装置中进行修改，使其变成对照组，具体的修改措施是将甲图中的番茄植株换成死亡的番茄植株，其他条件保持不变。若要利用甲图装置测定番茄植株的呼吸速率，需要进行的操作是将甲装置移入黑暗环境中
(2)乙图中虚线为光照下CO2的吸收速率，即表示的是番茄植株的净光合速率变化，温度为15℃时，番茄植株的真光合速率＝净光合速率2.5＋呼吸速率1＝3．5mg/h。
(3)图甲装置中若液滴右移，表示有氧气的释放，植物的光合速率＞呼吸速率，若左移，证明呼吸速率＞光合速率，若在5℃和一定的光照条件下，发现甲图装置的有色液滴在1小时内没有移动，其原因是植物的光合速率与呼吸速率相等；若在适宜的光照和5℃的条件下，有色液滴在1小时内向右移动了1cm，这1cm代表的含义是1h内氧气的释放量，即植物的净光合速率是1mg/h(有色液滴移动1cm相当于乙图中的1个单位)。
(4)有色液滴向右移动表示净光合速率，据乙图可知，在光照等其他条件适宜的情况下，在25℃条件下光照下二氧化碳的吸收量最大，表示净光合速率最大。
(5)乙图中a点后虚线下降的原因是温度过高，与光合作用有关的酶的活性降低，光合速率降低、呼吸速率增大，净光合速率降低；b点条件下，植物的净光合速率等于呼吸速率约为3.25，每天光照14h，意味着黑暗10小时，一天下来：14×3.25-10×3.25＞0，故植物能正常生长。
2．(2024·河南信阳·二模)生活在干旱地区的植物甲具有特殊的CO2固定方式。植物甲晚上气孔打开吸收
CO2，利用吸收的CO2生成苹果酸后储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧后释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
(1)植物甲气孔白天关闭，通过防止 来适应干旱环境。白天时，植物甲光合作用消耗的CO2的来源是 (答出两点)，此时叶肉细胞产生ATP的场所有 。
(2)夜晚的植物甲 (填“能”或“不能”)进行光合作用的暗反应，原因是 。
(3)将植物甲放在干旱的环境条件下培养一段时间，分别在白天和晚上测定植物甲液泡内的pH。相对于晚上，白天植物甲的液泡pH较 。
(4)干旱胁迫时有些植物会出现将光合产物更多地分配给根，从而促进根生长的现象。研究人员进一步利用14CO2研究干旱胁迫对植物甲光合产物分配的影响，研究结果如下图所示，请根据实验结果写出研究人员进行该项研究的实验设计思路： 。
[答案](1) 蒸腾作用丢失大量水分 呼吸作用产生的CO2和液泡中储存的苹果酸脱羧后释放的CO2 细胞质基质、线粒体、叶绿体(类囊体薄膜)
(2) 不能 夜晚没有光照，不能进行光反应，不能为暗反应提供NADPH和ATP
(3)高(或大)
(4)将若干长势一致且良好的植物甲幼苗随机均分成两组；对照组正常供水、实验组进行干旱处理，两组都只给予CO2，除水分外其他培养条件适宜且一致；一段时间后，检测细根、幼叶和茎尖部位的14C在全株中占比情况
[解析](1)植物甲生活在干旱地区，植物甲气孔白天关闭，通过防止蒸腾作用丢失大量水分来适应干旱环境。白天时，植物甲光合作用消耗的CO2的来源是呼吸作用产生的CO2和液泡中储存的苹果酸脱羧后释放的CO2，此时叶肉细胞既能进行呼吸作用也能进行光反应，故产生ATP的场所为细胞质基质、线粒体、叶绿体(类囊体薄膜)。
(2)夜晚的植物甲不能进行光合作用的暗反应，原因是夜晚没有光照，不能进行光反应，不能为暗反应提供NADPH和ATP。
(3)将植物甲放在干旱的环境条件下培养一段时间，分别在白天和晚上测定植物甲液泡内的pH，白天苹果酸分解，酸性降低，PH增大，晚上合成苹果酸，PH减小，故相对于晚上，白天植物甲的液泡pH较高(或
大)。
(4)干旱胁迫时有些植物会出现将光合产物更多地分配给根，从而促进根生长的现象，自变量为干旱与否，研究人员进一步利用14CO2研究干旱胁迫对植物甲光合产物分配的影响，实验思路为：将若干长势一致且良好的植物甲幼苗随机均分成两组；对照组正常供水、实验组进行干旱处理，两组都只给予CO2，除水分外其他培养条件适宜且一致；一段时间后，检测细根、幼叶和茎尖部位的14C在全株中占比情况。
3．(2024·河北·模拟预测)落地生根、景天等景天科植物具有一个很特殊的二氧化碳同化方式，该类植物夜晚气孔开放，白天气孔关闭，其气孔开、闭情况及相关代谢途径如图所示。回答下列有关问题：
(1)景天科植物夜晚利用CO2的场所是 ，该类植物夜晚气孔开放，白天气孔关闭的生物学意义是 ，气孔开闭的特点与其生活环境相适应，推测景天科植物生活的环境的特点可能是 。
(2)景天科植物在进行卡尔文循环过程中，提供能量的物质是 ，若只在白天提高大气中的CO2浓度，则景天科植物的光合速率将 ，判断依据是 。
(3)景天科植物叶肉细胞细胞质中丙酮酸的去向有 (写出2个)。
(4)在极其恶劣的条件下，景天科植物会在夜晚关闭气孔，而在其体内进行CO2循环，假设其他过程不受影响，则这一机制 (填“能”或“不能”)使植物正常生长，原因是 。
[答案](1) 细胞质基质 有利于减少水分的散失 干旱炎热
(2) ATP和NADPH 不变 白天气孔关闭不吸收二氧化碳，因此白天CO2浓度升高不会影响光合作用暗反应的进行
(3)进入线粒体参与有氧呼吸第二阶段，转化成丙糖磷酸进入叶绿体参与淀粉合成(合理即可)
(4) 不能 该机制下1天内植物没有有机物的积累
[解析](1)根据图示信息，夜晚CO2进入细胞质基质先生成HCO3-，再生成草酰乙酸，最后生成苹果酸储存在液泡中，因此景天科植物夜晚利用CO2的场所是细胞质基质。该类植物夜晚气孔开放，白天气孔关闭，能在白天降低蒸腾作用，减少水分散失，因此比较适合在干旱炎热的地区生长。
(2)在进行卡尔文循环过程中，ATP和NADPH都能提供能量，同时NADPH还可作为还原剂。景天科植物白天气孔关闭不吸收二氧化碳，因此白天提高大气中CO2浓度不会影响光合作用暗反应的进行，故不会对其光合速率有影响。
(3)根据图示信息，白天苹果酸分解产生的丙酮酸生成丙糖磷酸再进入叶绿体合成淀粉，另外在有氧呼吸过程中，丙酮酸进入线粒体参与有氧呼吸第二阶段。
(4)由题图信息可知，如果景天科植物夜间关闭气孔，会使植物无法从外界吸收CO2，植物体1天内的CO2循环不会使植物积累有机物，因而植物不能正常生长。
4．(2024·四川广安·二模)某科研小组为探究不同光质对银杏实生苗光合色素和生理特性的影响，为优质银杏实生苗规模化生产提供技术参考。该科研小组以银杏1年生实生苗为研究对象，测定第30天的相关数据如下表所示。回答下列问题：
处理 叶绿素a(mg/g) 叶绿素b(mg/g) 株高(mm) 茎粗(mm)
全红光 1.12 0.37 18.95 4.08
全蓝光 0.66 0.93 14.25 5.86
红蓝复合光 0.99 0.69 17.64 5.17
白光 0.87 0.58 16.22 4.96
(1)光质是影响植物生长发育的重要因素之一。根据表中结果分析，全红光处理银杏实生苗有利于叶绿素 (填“a”或“b”)的合成。光质还能通过影响银杏实生苗植物激素的合成来影响株高和茎粗、与株高、茎粗的生长密切相关的植物激素有 (答出2种)。
(2)实验结果显示，全红光和全蓝光处理会导致银杏实生苗株高和茎粗发育不协调。为使银杏实生苗的株高和茎租都发育良好，根据表格数据分析，应选择 光对银杏实生苗进行处理，判断的依据是 。
(3)研究发现，银杏实生苗各部位细胞内都存在具有能接受光信号的分子——光敏色素(一种蛋白质)，光敏色素主要吸收红光和远红光。据此分析，与光敏色素相比，光合色素的主要区别是 (答出3点)。
[答案](1) a 生长素、赤霉素
(2) 红蓝复合光 使用红蓝复合光进行照射，株高比全红光处理低，但比全蓝光处理高；茎粗比全蓝光处理低，但比全红光处理高，其株高和茎租的发育均比白光照射良好
(3)光合色素主要红光和蓝紫光；光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素等，其本身并不是蛋白质；光合色素具有吸收、传递和转换光能的作用。
[解析](1)由表格内容可知，与白光对比可知，全红光处理银杏实生苗有利于叶绿素a的合成，全蓝光
处理银杏实生苗有利于叶绿素b的合成。生长素具有促进生长的作用；赤霉素具有促进细胞的伸长，引起植株增高的作用，因此能与株高、茎粗的生长密切相关的植物激素有生长素、赤霉素。
(2)由表格内容可知，单独用全红光和全蓝光处理会导致银杏实生苗株高和茎粗发育不协调，而使用红蓝复合光进行照射，株高比全红光处理低，但比全蓝光处理高；茎粗比全蓝光处理低，但比全红光处理高，其株高和茎租的发育均比白光照射良好，故为使银杏实生苗的株高和茎租都发育良好，应选择红蓝复合光进行处理。
(3)光敏色素主要吸收红光和远红光，光合色素主要红光和蓝紫光；光敏色素是一种蛋白质，光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素等，其分子量比蛋白质小得多，尽管光合色素经常与蛋白质结合来发挥作用，但它们本身并不是蛋白质。光敏色素是一类具有接受光信号的分子，当阳光照射→光敏色素被激活，结构发生变化→信号经过信息传递系统传导到细胞核内→细胞核内特定基因的转录变化(表达)→转录形成RNA→蛋白质→表现出生物学效应。而光合色素具有吸收、传递和转换光能的作用。
5．(2024·天津和平·一模)科研人员发现，即使在氧气充足的条件下，癌细胞也会进行旺盛的无氧呼吸。为研究该问题，科研人员完成下列实验。
(1)图1中物质A为 。有氧呼吸第一阶段又称糖酵解，发生在 。
(2)葡萄糖氧化分解时，NADH需要不断被利用并再生出NAD 才能使反应持续进行。酶M和酶L均能催化NAD 的再生，但酶M仅存在于线粒体中，酶L仅存在于细胞质基质中。用溶剂N配置不同浓度2DG(糖酵解抑制剂)溶液处理分裂的癌细胞，结果如图2。
①图2中，糖酵解速率相对值为 的组别为对照组，该组的处理方法是用等量 处理癌细胞。
②图2表明，糖酵解速率相对值较低时，癌细胞优先进行 呼吸；糖酵解速率相对值超过 时，酶M达到饱和，酶L的活性迅速提高，保证NAD 再生，癌细胞表现为进行旺盛的 呼吸。
(3)综上所述，癌细胞在有氧的条件下进行旺盛无氧呼吸的可能原因是其生命活动需要大量能量，糖酵解速率过快，产生的NADH速率超过了酶M的处理能力，造成 ，乳酸大量积累。
[答案](1) 丙酮酸 细胞质基质
(2) 100 (不含2DG的)溶剂N 有氧 60 无氧
(3)NADH积累，从而提高酶L的活性
[解析](1)葡萄糖氧化分解第一阶段是分解成丙酮酸，并产生少量的[H]，故物质A为丙酮酸，发生在细胞质基质中。
(2)①2DG为糖酵解抑制剂，会减慢糖酵解的速率，所以相对值为100的组别为对照组；实验设计应遵循对照与单一变量原则，故该组的处理方法是用等量(不含2DG)的溶剂N处理癌细胞。
②图2表明，糖酵解速率相对值较低时，酶M的活性大于酶L，酶M仅存在于线粒体中，所以癌细胞优先进行有氧呼吸；糖酵解速率相对值超过60时，酶M达到饱和，酶L的活性迅速提高，保证NAD+再生，癌细胞表现为进行旺盛的无氧呼吸。
(3)分析题意可知，酶M和酶L均能催化NAD+的再生，但酶M仅存在于线粒体中，酶L仅存在于细胞质基质中，细胞在有氧的条件下进行旺盛无氧呼吸的可能原因是其生命活动需要大量能量，糖酵解速率过快，产生的NADH速率超过了酶M的处理能力，造成NADH积累，从而提高酶L的活性，乳酸大量积累。
6．(2024·河北·模拟预测)研究植物的光合作用，对农业生产等领域起着基础性指导作用。如图1为甲植物光合作用过程示意图，图2为细胞内线粒体和叶绿体的部分代谢过程(其中1、2、3、4、5、6代表气体或气体流动过程)，图3为光照强度对甲、乙两种植物光合作用的影响。不考虑不同光照强度时，同种植物的呼吸速率变化，据图分析回答问题：
(1)图1中，若光照强度不变，CO2浓度增加，则短时间内C3和C5含量的变化情况分别为 、 (填“增加”或“减少”)。
(2)图2中表示同一种气体的序号有 (答出一类)，叶绿体产生1的过程发生在图1中 反应阶段，该过程发生在 上。
(3)若图3中e点时甲、乙两种植物光合作用强度不相等，则原因是 。
(4)根据植物对光照强度的不同需求，植物可分为阳生植物和阴生植物，其中阳生植物适合强光环境。若甲、乙属于两种不同类型植物，则甲可能为 (填“阳生”或“阴生”)植物，判断依据是 。
[答案](1) 增加 减少
(2) 1、4、5/2、3、6 光/光反应 叶绿体的类囊体薄膜
(3)e点时，甲、乙两种植物净光合速率相等，但是二者呼吸速率不相等
(4) 阳生 甲植物达到最大光合速率(光饱和点)时所需的光照强度更大，更适合强光环境
[解析](1)图1中，若光照强度不变，CO2浓度增加，短时间内CO2固定增多，即C5的消耗和C3的生成增多，同时C3的还原速率不变，综合分析所以C3含量增加，C5含量减少；
(2)根据题意图2中1、4、5均表示O2，2、3、6均表示CO2，因为光合作用利用二氧化碳产生氧气，呼吸作用吸收氧气产生二氧化碳；水的光解产生O2，该过程发生在图1中光反应阶段中，发生场所为叶绿体的类囊体薄膜上；
(3)图3中e点时，甲、乙两种植物的CO2吸收量相等，即净光合速率相等，但是二者呼吸速率不相等，总光合速率等于净光合速率加上呼吸速率，所以甲、乙两种植物光合作用强度不相等；
(4)阳生植物适合强光环境，阴生植物适合弱光环境，甲达到最大光合速率时所需的光照强度更大，并且甲的最大光合速率数值比乙的高，所以甲可能为阳生植物。2024年高考生物二轮复习专题-细胞代谢（新高考专用）
挑战真题练+技巧点拨用+能力提升练
1．(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 。
2．(2023·湖南·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)。
3．(2024·浙江·高考真题)长江流域的油菜生产易受渍害。渍害是因洪、涝积水或地下水位过度升高，导致作物根系长期缺氧，对植株造成的胁迫及伤害。
回答下列问题：
(1)发生渍害时，油菜地上部分以有氧(需氧)呼吸为主，有氧呼吸释放能量最多的是第 阶段。地下部分细胞利用丙酮酸进行乙醇发酵。这一过程发生的场所是 ，此代谢过程中需要乙醇脱氢酶的催化，促进氢接受体(NAD+)再生，从而使 得以顺利进行。因此，渍害条件下乙醇脱氢酶活性越高的品种越 (耐渍害/不耐渍害)。
(2)以不同渍害能力的油菜品种为材料，经不同时长的渍害处理，测定相关生理指标并进行相关性分析，结果见下表。
光合速率 蒸腾速率 气孔导度 胞间CO2浓度 叶绿素含量
光合速率 1
蒸腾速率 0.95 1
气孔导度 0.99 0.94 1
胞间CO2浓度 -0.99 -0.98 -0.99 1
叶绿素含量 0.86 0.90 0.90 -0.93 1
注：表中数值为相关系数(r)，代表两个指标之间相关的密切程度。当|r|接近1时，相关越密切，越接近0时相关越不密切。
据表分析，与叶绿素含量呈负相关的指标是 。已知渍害条件下光合速率显著下降，则蒸腾速率呈 趋势。综合分析表内各指标的相关性，光合速率下降主要由 (气孔限制因素/非气孔限制因素)导致的，理由是 。
(3)植物通过形成系列适应机制响应渍害。受渍害时，植物体内 (激素)大量积累，诱导气孔关闭，调整相关反应，防止有毒物质积累，提高植物对渍害的耐受力；渍害发生后，有些植物根系细胞通过 ，将自身某些薄壁组织转化腔隙，形成通气组织，促进氧气运输到根部，缓解渍害。
4．(2023·重庆·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”)。
5．(2023·辽宁·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。
6．(2023·江苏·高考真题)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
[典例1](2024·湖南张家界·二模)为探究连续红、蓝光照对辣椒幼苗生长及生理特性的影响，某研究小组选择生理状态一致的辣椒幼苗进行了15d(天)实验。实验结果如图所示(C：光照时间为14h/d，即正常光照时间；T：光照时间为24h/d，即连续光照；W：白光；B：蓝光；R：红光。如：CW表示每天用白光处理14小时、TB表示每天用蓝光连续照射24小时)。回答下列问题：
(1)光质直接影响辣椒光合作用的 阶段，该阶段的场所是叶绿体的 ，通过该阶段，光能转化为 中的化学能。
(2)依据图所示结果，你能得出的结论是 (答出1点)。
(3)为探究出现图所示结果的原因，该小组对各组叶片的净光合速率进行了检测，结果如表：
指标(相对值) 处理组 净光合速率/(mmol·m-2·s-1) 气孔导度/(mmol·m-2·s-1) 胞间CO2浓度/(mmol·mol-1)
CW 380 7.1 4.4
CB 300 3.7 2.9
CR 400 4.2 2.8
TW 420 2.5 0.5
TB 280 2.3 1.5
TR 402 2.4 0.8
不同光处理对辣椒幼苗叶片光合特性的影响
连续红光处理期间，若降低环境中CO2浓度，则短时间内叶肉细胞中C5的含量会 (填“增加”、“下降”或“不变”)，理由是 。
结合表，请推测TW组辣椒幼苗出现图所示结果的原因是 。
(4)若要为辣椒栽培提供更好的理论基础，可在该研究的基础上继续进行实验。例如： (答出1点)。
技巧点拨：光合作用速率：
(1)表示方法：以单位时间内单位面积光合作用固定(消耗)CO2量、O2量、制造有机物量来衡量。
(2)测定方法：植物进行光合作用的同时，还进行呼吸作用，因此直接测定(真正)光合作用速率是很困难的，而我们只能测定净光合速率。所以可以推导出：真正的光合作用速率 = 净光合作用速率 + 呼吸作用速率。
(3)植物“三率”间的内在关系
①呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
④三种速率的表示方法：(对象：植株、叶片、细胞)
真光合速率 O2产生(生成)速率 CO2固定速率 有机物产生(制造、生成)速率
净(表观)光合速率 O2释放速率 CO2吸收速率 有机物积累速率
呼吸速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率
[变式—1](2024·河南郑州·模拟预测)植物在光下可以进行多项生理过程，图表示黑麦草叶肉细胞中可以进行的相关生理过程。为研究高温胁迫对黑麦草生长的影响，研究人员做了以下实验：对照组昼夜温度分别设为25℃和20℃，高温处理组昼夜温度分别设为35℃和30℃，其余培养条件相同。在培养的第5天和第15天分别对对照组和高温处理组的各参数进行测定和统计，结果如表所示。
取样 组别 净光合速率 气孔开放程度 胞间CO2浓度 Rubisco酶最大催化速率
时间/d /μmol·m-2·s-1 /mol·m-2·s-1 /μmol·moL-1 /μmol·m-2·s-1
5 对照组 13.5 0.244 273 62.3
高温处理组 8.6 0.128 186 62
15 对照组 12.9 0.234 271 63.4
高温处理组 4.5 0.086 292 38.3
(1)图中序号①表示的过程发生的场所在 ，④表示的生理过程是 。④过程中的[H]是一种十分简化的表示方式，产生[H]的过程实际上是指 。
(2)Rubisco酶可催化CO2固定，发生在图中的 (填序号)。根据表中数据分析短时间的高温处理导致净光合速率下降的主要原因是 。
(3)高温处理15天后，胞间CO2浓度 (填“升高”或“降低”)，可能的原因是 。
[典例2](2024·河北·模拟预测)如图表示某一黄瓜品种在不同浓度的CO2环境中，光合作用速率受光照强度影响的变化曲线。回答下列问题：
(1)暗反应中植物吸收的CO2在相关酶的作用下，与 结合，形成的产物为C3，每生成2分子的C3，需要固定 分子CO2。C3转变为 后转运到植物的其他部位。
(2)据图分析，限制C点光合速率的主要环境因素是 。
(3)强光照射后，短时间内黄瓜植株的氧气产生速率持续增加，但暗反应达到一定速率后不再增加，可能的原因有 (答出2个)。
(4)为提高黄瓜产量，科研人员分别在冬季和春季对两个黄瓜品种(甲和乙)的光合产物输出率进行了研究，实验中使用14C标记的CO2对黄瓜叶片“饲喂”48小时后，进行检测，相关结果如表所示。
季节 品种 14C-光合产物输出率(%) 14C-光合产物在黄瓜植株各部分的分配
瓜(%) 茎(%) 根(%)
冬季 甲 22.27 2.34 10.66 2.53
乙 35.27 3.98 19.80 5.11
春季 甲 51.99 36.95 8.78 2.08
乙 47.17 23.03 13.68 3.71
注：假设甲和乙两个黄瓜品种在相同条件下的光合产量相同。
①该实验的无关变量有 (答出2个)。
②根据表格数据能否判断冬季种植品种乙比种植品种甲黄瓜产量更高？为什么？ 。
技巧点拨：光照强度影响光合作用强度的曲线，由于绿色植物每时每刻都要进行细胞呼吸，所以在光下测定植物光合强度时，实际测得的数值应为光合作用与细胞呼吸的代数和(称为“表观光合作用强度")。如下图：A表示植物呼吸作用强度，A点植物不进行光合作用，B点表示光补偿点，C点表示光饱和点。限制C点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素含量、酶的数量和最大活性，外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。
[变式—2](2024·宁夏银川·模拟预测)我国科研团队培育出的“海水稻”(耐盐碱水稻)，可以用一定浓度的海水直接灌溉。这一成果可以提高盐碱地农作物的产量。回答下列问题。
(1)海水稻叶肉细胞内色素吸收的光能用于 、 过程。
(2)与普通水稻相比，海水稻能在盐碱地生长的根本原因是 。
(3)右图表示在适宜的条件下，两种海水稻甲、乙的光合速率随光照强度变化的情况：据图可知，更适合在盐碱滩涂地(光照充足)生长的是 。某科研小组推测可能是因为该种海水稻的叶绿素含量更高，为验证该推测，可分别提取并用 法分离甲、乙两种植株叶片中的色素，比较色素带的宽窄即可。
(4)氧化物歧化酶简称SOD,该酶可清除细胞内自由基，过多的自由基会影响细胞代谢。科研人员发现：若用一定浓度的NaCl溶液模拟盐碱环境处理海水稻和普通水稻，两者细胞中SOD会发生如下图所示变化。根据实验结果，比较普通水稻和海水稻处理前后细胞中SOD含量的变化： ,此变化的意义是 。
1．(2024·黑龙江·二模)为了研究温度对番茄植株光合作用与呼吸作用的影响，某生物兴趣小组利用植物光合测定装置进行实验(如甲图)，在适宜的光照和不同的温度条件下测定的CO2的吸收速率与释放速率绘制了乙图(提示：有色液滴移动1cm相当于乙图中纵轴的1个单位)。回答下列问题：
(1)测定番茄植株光合速率时，X应为 溶液，为了使实验结果更准确，还需要设计一个对照组，请在甲图所示装置中进行修改，使其变成对照组，具体的修改措施是 。若要利用甲图装置测定番茄植株的呼吸速率，需要进行的操作是 。
(2)乙图中虚线表示番茄植株的 (填“净”或“真”)光合速率变化，温度为15℃时，番茄植株的真光合速率为 mg/h。
(3)若在5℃和一定的光照条件下，发现甲图装置的有色液滴在1小时内没有移动，其原因是 ；若在适宜的光照和5℃的条件下，有色液滴在1小时内向右移动了1cm，这1cm代表的含义是 。
(4)在光照等其他条件适宜的情况下，在 ℃时，有色液滴向右移动的距离最大。
(5)乙图中a点后虚线下降的原因是 ；b点条件下，每天光照14h，番茄植株 (填“能”或“不能”)正常生长。
2．(2024·河南信阳·二模)生活在干旱地区的植物甲具有特殊的CO2固定方式。植物甲晚上气孔打开吸收CO2，利用吸收的CO2生成苹果酸后储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧后释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
(1)植物甲气孔白天关闭，通过防止 来适应干旱环境。白天时，植物甲光合作用消耗的CO2的来源是 (答出两点)，此时叶肉细胞产生ATP的场所有 。
(2)夜晚的植物甲 (填“能”或“不能”)进行光合作用的暗反应，原因是 。
(3)将植物甲放在干旱的环境条件下培养一段时间，分别在白天和晚上测定植物甲液泡内的pH。相对于晚上，白天植物甲的液泡pH较 。
(4)干旱胁迫时有些植物会出现将光合产物更多地分配给根，从而促进根生长的现象。研究人员进一步利用14CO2研究干旱胁迫对植物甲光合产物分配的影响，研究结果如下图所示，请根据实验结果写出研究人员进行该项研究的实验设计思路： 。
3．(2024·河北·模拟预测)落地生根、景天等景天科植物具有一个很特殊的二氧化碳同化方式，该类植物夜晚气孔开放，白天气孔关闭，其气孔开、闭情况及相关代谢途径如图所示。回答下列有关问题：
(1)景天科植物夜晚利用CO2的场所是 ，该类植物夜晚气孔开放，白天气孔关闭的生物学意义是 ，气孔开闭的特点与其生活环境相适应，推测景天科植物生活的环境的特点可能是 。
(2)景天科植物在进行卡尔文循环过程中，提供能量的物质是 ，若只在白天提高大气中的CO2浓度，则景天科植物的光合速率将 ，判断依据是 。
(3)景天科植物叶肉细胞细胞质中丙酮酸的去向有 (写出2个)。
(4)在极其恶劣的条件下，景天科植物会在夜晚关闭气孔，而在其体内进行CO2循环，假设其他过程不受影响，则这一机制 (填“能”或“不能”)使植物正常生长，原因是 。
4．(2024·四川广安·二模)某科研小组为探究不同光质对银杏实生苗光合色素和生理特性的影响，为优质银杏实生苗规模化生产提供技术参考。该科研小组以银杏1年生实生苗为研究对象，测定第30天的相关数据如下表所示。回答下列问题：
处理 叶绿素a(mg/g) 叶绿素b(mg/g) 株高(mm) 茎粗(mm)
全红光 1.12 0.37 18.95 4.08
全蓝光 0.66 0.93 14.25 5.86
红蓝复合光 0.99 0.69 17.64 5.17
白光 0.87 0.58 16.22 4.96
(1)光质是影响植物生长发育的重要因素之一。根据表中结果分析，全红光处理银杏实生苗有利于叶绿素 (填“a”或“b”)的合成。光质还能通过影响银杏实生苗植物激素的合成来影响株高和茎粗、与株高、茎粗的生长密切相关的植物激素有 (答出2种)。
(2)实验结果显示，全红光和全蓝光处理会导致银杏实生苗株高和茎粗发育不协调。为使银杏实生苗的株高和茎租都发育良好，根据表格数据分析，应选择 光对银杏实生苗进行处理，判断的依据是 。
(3)研究发现，银杏实生苗各部位细胞内都存在具有能接受光信号的分子——光敏色素(一种蛋白质)，光敏色素主要吸收红光和远红光。据此分析，与光敏色素相比，光合色素的主要区别是 (答出3点)。
5．(2024·天津和平·一模)科研人员发现，即使在氧气充足的条件下，癌细胞也会进行旺盛的无氧呼吸。为研究该问题，科研人员完成下列实验。
(1)图1中物质A为 。有氧呼吸第一阶段又称糖酵解，发生在 。
(2)葡萄糖氧化分解时，NADH需要不断被利用并再生出NAD 才能使反应持续进行。酶M和酶L均能催化NAD 的再生，但酶M仅存在于线粒体中，酶L仅存在于细胞质基质中。用溶剂N配置不同浓度2DG(糖酵解抑制剂)溶液处理分裂的癌细胞，结果如图2。
①图2中，糖酵解速率相对值为 的组别为对照组，该组的处理方法是用等量 处理癌细胞。
②图2表明，糖酵解速率相对值较低时，癌细胞优先进行 呼吸；糖酵解速率相对值超过 时，酶M达到饱和，酶L的活性迅速提高，保证NAD 再生，癌细胞表现为进行旺盛的 呼吸。
(3)综上所述，癌细胞在有氧的条件下进行旺盛无氧呼吸的可能原因是其生命活动需要大量能量，糖酵
解速率过快，产生的NADH速率超过了酶M的处理能力，造成 ，乳酸大量积累。
6．(2024·河北·模拟预测)研究植物的光合作用，对农业生产等领域起着基础性指导作用。如图1为甲植物光合作用过程示意图，图2为细胞内线粒体和叶绿体的部分代谢过程(其中1、2、3、4、5、6代表气体或气体流动过程)，图3为光照强度对甲、乙两种植物光合作用的影响。不考虑不同光照强度时，同种植物的呼吸速率变化，据图分析回答问题：
(1)图1中，若光照强度不变，CO2浓度增加，则短时间内C3和C5含量的变化情况分别为 、 (填“增加”或“减少”)。
(2)图2中表示同一种气体的序号有 (答出一类)，叶绿体产生1的过程发生在图1中 反应阶段，该过程发生在 上。
(3)若图3中e点时甲、乙两种植物光合作用强度不相等，则原因是 。
(4)根据植物对光照强度的不同需求，植物可分为阳生植物和阴生植物，其中阳生植物适合强光环境。若甲、乙属于两种不同类型植物，则甲可能为 (填“阳生”或“阴生”)植物，判断依据是 。
