《直通名校》第一部分 专题二 微专题2 光合作用和细胞呼吸（讲义 教师版）-高考生物大二轮专题复习
文档属性
| 名称 | 《直通名校》第一部分 专题二 微专题2 光合作用和细胞呼吸（讲义 教师版）-高考生物大二轮专题复习 |
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| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 3.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2026-01-21 18:01:57 | ||
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文档简介
微专题2 光合作用和细胞呼吸
主｜干｜知｜识｜整｜合
1.图解光合作用与细胞呼吸的过程
提醒：①有氧呼吸第二阶段不消耗O2，但必须在有O2存在条件下进行。
②光合作用中色素吸收光能不需要酶的参与，后续过程均需酶的催化。
③光反应停止，暗反应不会立刻停止，因为光反应产生的NADPH和ATP还可以维持一段时间的暗反应。
2.分析光合作用和细胞呼吸中物质变化和能量转化关系
（1）“三种”元素转移途径
（2）NADPH、[H]和ATP的来源和去路
3.掌握影响细胞呼吸的四类曲线
4.掌握影响光合作用因素的三类曲线
5.补偿点、饱和点与光合作用的关系及应用
（1）饱和点与补偿点的含义与植物生长的关系解读
①饱和点代表植物在一定条件下的最大光合作用能力。在一定条件下，饱和点越大，表示植物的光合作用能力越强。
②补偿点表示植物在一定条件下开始生长（积累有机物）的临界值，高于补偿点，植物开始生长；低于补偿点，植物会净消耗有机物。补偿点低，说明植物在较弱光照或低CO2浓度下就能生长。
③通常，阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的低，由此可以区分判断阴生植物和阳生植物。
（2）光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动分析
①A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点 下移 ；反之，A点 上移 。
②B点与C点的变化（注：只有横坐标为自变量，其他条件不变）
条件 B点（补偿点） C点（饱和点）
适当增大CO2浓度（或光照强度） 左移 右移
适当减小CO2浓度（或光照强度） 右移 左移
土壤缺M 右移 左移
提醒：细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2（或光）补偿点应右移，反之左移。
③D点：代表最大光合速率，若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时，D点向 右上方 移动；反之，移动方向相反。
易｜错｜易｜混｜辨｜析
1.判断下列有关细胞呼吸叙述的正误
（1）（2024·安徽卷）[H]与氧结合生成水并形成ATP的过程发生在线粒体基质和内膜上。（ × ）
（2）（2023·广东卷）还原型辅酶Ⅰ参与呼吸作用并在线粒体内膜上作为反应物。（ √ ）
（3）（2022·河北卷）酵母菌无氧呼吸不产生使溴麝香草酚蓝溶液变黄的气体。（ × ）
（4）（2022·河北卷）呼吸作用中有机物彻底分解、产生大量ATP的过程发生在线粒体基质中。（ × ）
（5）（2020·全国Ⅰ卷）若细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸（以葡萄糖为呼吸底物），则吸收O2的分子数比释放CO2的多。（ × ）
（6）马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP。（ × ）
2.判断下列有关光合作用叙述的正误
（1）（2021·湖南卷）弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用。（ × ）
（2）（2021·湖南卷）在暗反应阶段，CO2不能直接被还原。（ √ ）
（3）（2020·江苏卷，改编）卡尔文等探究CO2中碳在光合作用中的转化途径采用了同位素标记法。（ √ ）
（4）降低光照强度将直接影响光反应的进行，从而影响暗反应的进行；改变CO2浓度则直接影响暗反应的进行。（ √ ）
（5）夏季晴天，造成植物光合作用的“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。（ × ）
原｜因｜原｜理｜阐｜释
1.给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是 有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了O，有氧呼吸第二阶段利用O生成C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物 。
2.（2023·全国高考，改编）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有糖产生。
（1）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 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 。
（2）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 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 。
3.（2022·重庆高考，改编）用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有 NADPH、ATP和CO2 。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有 增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度 （答两点）。
4.（2020·海南高考）在晴朗无云的夏日，某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化，结果如图。回答下列问题。
（1）据图分析，与10时相比，7时蔬菜的光合作用强度低，此时，主要的外界限制因素是 光照强度 ；从10时到12时，该蔬菜的光合作用强度 降低 。
（2）为探究如何提高该蔬菜光合作用强度，小组成员将菜地分成A、B两块，10～14时在A菜地上方遮阳，B菜地不遮阳，其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高，主要原因是 B菜地光照强度过高，导致蔬菜气孔关闭，二氧化碳吸收受阻，光合作用速率降低 。
（3）小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖，测得棚内温度比B菜地高，一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比，C菜地蔬菜产量低，从光合作用和呼吸作用的原理分析，原因是
C的温度上升，光合作用有关酶活性下降，呼吸作用有关酶活性增加，C的净光合作用降低，产量下降，因此C的蔬菜产量低于B 。
突破点1 运用物质与能量观分析光合作用与细胞呼吸
细胞呼吸的调节和控制
1.（2024·安徽高考3题）细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，磷酸果糖激酶1（PFK1）是其中的一个关键酶。细胞中ATP减少时，ADP和AMP会增多。当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡。下列叙述正确的是（ ）
A.在细胞质基质中，PFK1催化葡萄糖直接分解为丙酮酸等
B.PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变而变性失活
C.ATP/AMP浓度比变化对PFK1活性的调节属于正反馈调节
D.运动时肌细胞中AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快
解析：D 细胞呼吸第一阶段葡萄糖最终分解为丙酮酸，需要一系列酶促反应即需要多种酶参与，而磷酸果糖激酶1（PFK1）是其中的一个关键酶，因此PFK1不能催化葡萄糖直接分解为丙酮酸，A错误；由题意可知，当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡，说明PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变但还具有其活性，B错误；由题意可知，ATP/AMP浓度比变化，最终保证细胞中能量的供求平衡，说明其调节属于负反馈调节，C错误；运动时肌细胞消耗ATP增多，细胞中ATP减少，ADP和AMP会增多，从而AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快，细胞中ATP含量增多，从而维持能量供应，D正确。
2.（2022·山东高考16题改编）在有氧呼吸第三阶段，线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子，电子经线粒体内膜最终传递给O2，电子传递过程中释放的能量驱动H＋从线粒体基质移至内外膜间隙中，随后H＋经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成，然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响，将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理，分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H＋进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法错误的是（ ）
A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B.与25 ℃时相比，4 ℃时有氧呼吸产热多
C.与25 ℃时相比，4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H＋浓度降低，生成的ATP减少
解析：A 由题意可知，电子经线粒体内膜最终传递给O2，4 ℃与25 ℃相比，O2消耗增加，说明其电子传递过程没有受阻，A错误；细胞呼吸时有机物的化学能转化成ATP的能量和热能，与25 ℃时相比，4 ℃时消耗O2多，但ATP生成量减少，说明其产热多，消耗葡萄糖的量多，B、C正确；已知DNP可使H＋从内外膜间隙进入线粒体基质时不经过ATP合酶，减少了ATP生成，同时从内外膜间隙进入线粒体基质的H＋增加，使内外膜间隙的H＋浓度降低，D正确。
1.有氧呼吸产热的调控
（1）UCP与体温调节
UCP是动物褐色脂肪组织细胞的线粒体内膜上存在的H＋通道蛋白。UCP平时是关闭的状态，当细胞受到相应的信号（如甲状腺激素和肾上腺素）时，可以打开UCP通道，线粒体膜间隙中的H＋就大量从UCP流入线粒体基质， 降低了电子传递过程建立的跨膜H＋浓度梯度，使ATP的合成减少，释放的热能增多，即甲状腺激素和肾上腺素可以增加产热，升高体温。
（2）AOX与植物开花生热
AOX是一种植物细胞线粒体内膜上广泛存在的氧化酶。在此酶参与下，电子可不通过蛋白复合体，而是直接通过AOX传递给氧气生成水，降低了电子传递过程建立的跨膜H＋浓度梯度，使ATP的合成减少，释放的热能增多，使花的器官温度显著高于环境温度，即“开花生热现象”。 开花生热有利于花粉的成熟，也有利于散布花香吸引昆虫传粉。
2.无氧呼吸的调节
（1）巴斯德效应
供氧充分的条件下有氧呼吸会抑制糖酵解的进行，巴斯德效应实际上是糖酵解和有氧氧化间的一种调节。
（2）瓦堡效应
癌细胞生长很快，使得细胞经常处于一种缺氧状态，于是癌细胞就关闭了需要线粒体的有氧呼吸，能量主要通过葡萄糖的无氧酵解提供的。
（3）克勒勃屈利效应
在高浓度的葡萄糖和有氧条件下培养细胞时，细胞生长反而受到抑制，而且生成了乙醇（或乳酸），此效应也称葡萄糖效应，原因是在这些细胞中，糖酵解的酶系活性很强，而线粒体中有氧呼吸第三阶段的酶系活性较低。
3.腺苷酸能荷的调节
（1）细胞所处的能量状态用ATP、ADP和AMP（腺苷一磷酸）之间的关系式来表示，称为能荷。能荷＝（ATP＋1/2ADP）/（ATP＋ADP＋AMP）。
（2）呼吸控制不只决定于ATP或AMP的绝对数量，也决定于它们的相对浓度。当ATP/AMP比值很低时，表示能量贮存很少，能荷低，ATP合成反应加快；能荷变大时，合成反应就减慢。ATP利用反应则相反，能荷低时反应缓慢，能荷高时反应加快。因此，能荷是细胞中ATP合成反应和利用反应的调节因素。
1.（2024·山东临沂模拟）真核细胞有氧呼吸第三阶段电子传递的过程如下图所示（“e－”表示电子，“→”表示物质运输及方向）。有机物中的电子（e－）经UQ、蛋白复合体（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）传递给氧气生成水，电子传递过程中释放的能量用于建立膜两侧H＋浓度差，最终H＋经ATP 合成酶流入B侧并促使ATP 合成，此过程称为细胞色素途径。电子还可直接通过 AOX（交替氧化酶）传递给氧气生成水，大量能量以热能的形式释放，只能产生极少量 ATP，此途径称为 AOX途径。UCP（离子转运蛋白）可将H＋通过膜渗漏到线粒体基质中，从而降低膜两侧的H＋梯度，使能量以热能形式释放。下列叙述错误的是（ ）
A.图中的 ATP 合成酶具有催化和运输的功能
B.若Ⅲ、Ⅳ不能发挥作用，ATP 的生成效率将降低
C.图中所示膜结构为线粒体内膜，膜A 侧的pH 高于 B侧
D.消耗等量葡萄糖的情况下，若UCP 含量升高，热能的生成效率也升高
解析：C 据图所示，ATP合成酶的作用是催化ATP的合成，同时运输H＋，A正确；由题干信息可知，Ⅲ、Ⅳ的作用是建立膜两侧H＋浓度差，最终H＋经ATP 合成酶流入B侧并促使ATP 合成，若Ⅲ、Ⅳ不能发挥作用，ATP 的生成效率将降低，B正确；图中所示过程为有氧呼吸第三阶段，场所是线粒体内膜，Ⅲ、Ⅳ的作用是建立膜两侧H＋浓度差，使得A侧的H＋多于B侧，即膜A 侧的pH 低于 B侧，C错误；UCP（离子转运蛋白）可将H＋通过膜渗漏到线粒体基质中，从而降低膜两侧的H＋梯度，使能量以热能形式释放，因此消耗等量葡萄糖的情况下，若UCP 含量升高，热能的生成效率也升高，D正确。
2.（2024·河北张家口模拟）巴斯德发现氧气会抑制酵母菌的酒精发酵，即氧气可以降低糖类的分解代谢和减少糖酵解（糖酵解是指葡萄糖的分解，最终产物是丙酮酸）产物的积累，这种现象称为巴斯德效应。研究发现，ATP对糖酵解相关酶的活性有抑制作用，而ADP对其有激活作用。线粒体外膜和内膜因含有不同的蛋白质而对C3（丙酮酸）等物质的通透性差异较大。分析下图，有关说法错误的是（ ）
A.糖酵解过程在线粒体内完成
B.孔蛋白是一种通道蛋白，丙酮酸和H＋以协助扩散方式通过外膜
C.在H＋浓度梯度的驱动下，丙酮酸以主动运输的方式通过内膜
D.供氧充足时，细胞质基质中ATP/ADP增高对糖酵解速度有抑制作用
解析：A 糖酵解是指葡萄糖的分解，最终产物是丙酮酸，该过程在细胞质基质内完成，A错误；转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白，据图分析可知，孔蛋白是线粒体外膜上的通道蛋白，丙酮酸和H＋顺浓度梯度转运过程属于协助扩散，B正确；由于线粒体外膜和内膜因含有不同的蛋白质而对C3（丙酮酸）等物质的通透性差异较大，据图可知，在丙酮酸转运酶的参与下，H＋顺浓度梯度提供丙酮酸跨膜转运的能量，因此为主动运输，C正确；供氧充足的条件下，ATP对糖酵解相关酶的活性有抑制作用，即细胞质基质中ATP/ADP增高对糖酵解速度有抑制作用，D正确。
3.（2024·湖南邵阳模拟）能荷调节也称腺苷酸调节，指细胞通过调节ATP、ADP、AMP（腺苷一磷酸）两者或三者之间的比例来调节其代谢活动。计算公式为：能荷＝（ATP＋1/2ADP）/（ATP＋ADP＋AMP）。高能荷时，ATP生成过程被抑制，而ATP的利用过程被激发；低能荷时，其效应相反。能荷对代谢起着重要的调节作用。下列叙述错误的是（ ）
A.光合作用的光反应能提高能荷
B.Ca2＋的载体蛋白磷酸化的过程使能荷降低
C.人体不同细胞吸收葡萄糖的过程对能荷没有影响
D.氧含量可通过影响呼吸作用来影响能荷大小
解析：C 光合作用的光反应过程能产生ATP，光合作用的光反应能提高能荷，A正确；蛋白质磷酸化过程是一个吸能反应，Ca2＋的载体蛋白磷酸化的过程使能荷降低，B正确；除成熟红细胞外，人体其他细胞吸收葡萄糖的方式通常是主动运输，需要消耗能量，对能荷有影响，C错误；有氧呼吸需要消耗氧气，且产生能量，故氧含量可通过影响呼吸作用来影响能荷大小，D正确。
光系统与电子传递链
（2023·湖北高考8题）植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PS Ⅰ和PS Ⅱ光复合体，PS Ⅱ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PS Ⅱ光复合体上的蛋白质LHC Ⅱ，通过与PS Ⅱ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示）。LHC Ⅱ与PS Ⅱ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是（ ）
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PS Ⅱ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2＋含量减少会导致PS Ⅱ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHC Ⅱ与PS Ⅱ结合，不利于对光能的捕获
D.PS Ⅱ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
解析：C 据图可知，在强光下，PS Ⅱ与LHC Ⅱ分离，减弱PS Ⅱ光复合体对光能的捕获；在弱光下，PS Ⅱ与LHC Ⅱ结合，增强PS Ⅱ光复合体对光能的捕获。LHC Ⅱ和PS Ⅱ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，故叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体上PS Ⅱ光复合体与LHC Ⅱ结合增多，从而使PS Ⅱ光复合体对光能的捕获增强，A正确；镁是合成叶绿素的原料，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2＋含量减少，PS Ⅱ光复合体含有的光合色素含量降低，导致PS Ⅱ光复合体对光能的捕获减弱，B正确；弱光下PS Ⅱ光复合体与LHC Ⅱ结合，有利于对光能的捕获，C错误；类囊体膜上的PS Ⅱ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H＋、电子和O2，D正确。
1.光系统
（1）光系统是由叶绿素、类胡萝卜素和蛋白质组成的复合物，是进行光吸收的功能单位。光系统包括PS Ⅱ、PS Ⅰ两种类型。
（2）光系统包含两个部分：“天线”复合体和反应中心。“天线”复合体由几百个光色素分子组成，用于收集光子，以及将捕获的光能提供给反应中心；反应中心由特殊叶绿素分子、蛋白质分子等组成，叶绿素分子负责将能量传出光系统。
2.光反应与电子传递链
（1）光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2、H＋和自由电子（e－），电子（e－）经过电子传递链传递，最终介导还原型辅酶Ⅱ（NADPH）的产生。
（2）电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子（H＋）逆浓度从叶绿体基质侧泵入类囊体囊腔侧；光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子（H＋）；在叶绿体基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程消耗H＋。通过以上途径建立了质子浓度（电化学）梯度。
（3）类囊体膜对质子（H＋）是高度不通透的，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合酶顺浓度梯度流出，而ATP合酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。
4.（2024·福建福州模拟）小麦是我国最主要的粮食作物之一，其产量直接关系到国家的粮食安全。小麦的光反应过程包括多个反应，其中最重要的是发生在两种叶绿素蛋白质复合体（称为光系统Ⅰ和光系统Ⅱ）中的电子被光激发的反应，具体如下图。下列叙述不正确的是（ ）
A.叶绿素蛋白质复合体的作用是吸收、传递光能，并将光能直接转化为ATP和NADPH中的活跃化学能
B.光系统Ⅱ位于类囊体膜上，被光激发后逐渐释放能量，传递至类囊体膜上的光系统Ⅰ再次被光激发
C.光系统Ⅱ中丢失的电子由水中的电子补充，电子传递过程的最终受体为NADP＋
D.若降低周围环境的CO2浓度会导致单位时间内高能电子的产生量下降
解析：A 叶绿素蛋白质复合体的作用是吸收、传递和转化光能，据图可知，在光的作用下低能电子转变为高能电子，然后在电子传递过程中逐渐释放能量用于ATP和NADPH的合成，因此光能先转化为电能，再转化为ATP和NADPH中的活跃化学能，A错误；发生在光系统Ⅰ和光系统Ⅱ中的电子被光激发的反应是光反应过程中最为重要的，由此可知光系统Ⅰ和光系统Ⅱ均位于类囊体膜上，B正确；由图可知，光系统Ⅱ中丢失的电子由水中的电子补充，经光系统Ⅰ后电子最终与NADP＋结合生成NADPH，C正确；若降低周围环境的CO2浓度会导致暗反应速率减慢，单位时间内ATP和NADPH的消耗量减少，从而导致光反应速率下降，因此单位时间内高能电子的产生量下降，D正确。
5.（2024·甘肃张掖模拟）如图是叶绿体中进行的光反应示意图，类囊体膜上的光系统Ⅰ（PS Ⅰ）和光系统Ⅱ（PS Ⅱ）是色素和蛋白质复合体，可吸收光能进行电子传递，电子最终传递给NADP＋后与其反应生成NADPH。膜上的ATP合酶在顺浓度梯度运输H＋的同时催化ATP的合成。下列叙述正确的是（ ）
A.图中体现出的膜蛋白功能仅有催化及物质运输
B.若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中NADP＋减少，则图中电子传递速率会减慢
C.H＋由叶绿体基质进入类囊体腔的过程属于协助扩散
D.据图分析，O2产生后扩散到细胞外共需要穿过3层生物膜
解析：B 图中体现了膜蛋白的催化、物质运输、能量转换功能，A错误；若CO2浓度降低，生成的C3减少，暗反应消耗的NADPH减少，生成的NADP＋减少，则图中电子传递速率会减慢，B正确；ATP合酶顺浓度梯度运输H＋，则类囊体腔内H＋的浓度高于叶绿体基质，故H＋由叶绿体基质进入类囊体腔的过程属于主动运输，C错误；据图可知，O2产生后扩散到细胞外共需要穿过类囊体膜单层膜、叶绿体双层膜、细胞膜单层膜，共4层生物膜，D错误。
光合作用的产物和分配
（2024·安徽高考16题）为探究基因OsNAC对光合作用的影响，研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型（WT）、OsNAC敲除突变体（KO）及OsNAC过量表达株（OE），测定了灌浆期旗叶（位于植株最顶端）净光合速率和叶绿素含量，结果见下表。回答下列问题。
净光合速率（μmol·m－2·s－1） 叶绿素含量（mg·g－1）
WT 24.0 4.0
KO 20.3 3.2
OE 27.7 4.6
（1）旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖-1，5-二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3-磷酸甘油酸接受 ATP和NADPH 释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为 核酮糖-1，5-二磷酸和淀粉等 。
（2）与WT相比，实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的 减法原理 、 加法原理 （填科学方法）。
（3）据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率 增大 。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图。
结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：① 与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用 ；
② 与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物（蔗糖）向外运出，从而促进旗叶的光合作用速率 。
解析：（1）在光合作用的暗反应阶段，CO2被固定后形成的两个3-磷酸甘油酸（C3）分子，在有关酶的催化作用下，接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。随后在叶绿体基质中转化为核酮糖-1，5-二磷酸（C5）和淀粉等。（2）与某品种水稻的野生型（WT）相比，实验组KO为OsNAC敲除突变体，其设置采用了自变量控制中的减法原理；实验组OE为OsNAC过量表达株，其设置采用了自变量控制中的加法原理。（3）题图和表中信息显示：OE组的净光合速率、叶绿素含量、旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、单株产量都明显高于WT组和KO组，OE组蔗糖含量却低于WT组和KO组，说明OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大，究其原因：①与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用；②与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物（蔗糖）向外运出，从而促进旗叶的光合作用速率。
1.光合作用的产物有淀粉和蔗糖（必修1 P104“相关信息”）
光合作用的有机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。
2.淀粉和蔗糖的合成（以马铃薯为例）
（1）淀粉在叶绿体中合成
当卡尔文循环形成丙糖磷酸时，经过各种酶的催化，最后合成淀粉。
（2）蔗糖在细胞质中合成
叶绿体中形成的丙糖磷酸，通过磷酸转运体运送到细胞质，在各种酶的作用下，丙糖磷酸最后形成蔗糖。
6.（2024·江苏南通模拟）下图是叶绿体淀粉合成的调节过程示意图，光下磷酸转运器（TPT）活性受到限制。相关叙述错误的是（ ）
A.TPT分布在叶绿体内膜中，具有专一性和饱和性
B.白天光合速率快，叶绿体中3-磷酸甘油酸/Pi的比值低
C.细胞质基质中的Pi浓度降低时，丙糖磷酸运出叶绿体受抑制
D.白天叶绿体基质中有大量淀粉的合成
解析：B 叶绿体是双层膜结构，外膜的外面是细胞质基质，据图可知，TPT既能转运丙糖磷酸又能转运磷酸，具有专一性和饱和性，但位于叶绿体内膜上，A正确。白天，光合作用形成较多3-磷酸甘油酸，与ADPG焦磷酸化酶结合后，便催化形成淀粉，晚上光合磷酸化停止，积累在叶绿体里的Pi浓度便升高，便抑制淀粉形成，因此，白天或光照下3-磷酸甘油酸/Pi的比值高时，合成淀粉活跃；在夜晚或暗处则抑制淀粉合成，转而合成蔗糖，B错误。由图可知，TPT把细胞质基质中的Pi运入叶绿体的同时把丙糖磷酸运出叶绿体，Pi浓度降低，丙糖磷酸运出叶绿体受抑制，C正确。白天，光照较强，光下TPT活性受到限制，TPT不能将Pi（无机磷酸）运回叶绿体基质，不会抑制ADPG焦磷酸化酶活性，从而促进淀粉的合成，因此白天叶绿体基质中有大量淀粉的合成，D正确。
7.（2024·天津和平模拟）淀粉和蔗糖是绿色叶片光合作用的两个主要末端产物。蔗糖是光合产物从叶片向各器官移动的主要形式，淀粉是一种暂贮形式。光合作用中淀粉和蔗糖生物合成的两条途径会竞争底物，磷酸丙糖（TP）是两种碳水化合物合成的共同原料，是竞争对象。磷酸转运器（TPT）能将卡尔文循环产生的TP不断运到叶绿体外，同时将释放的Pi（无机磷酸）运回叶绿体基质，运输过程如下图。Pi在叶片淀粉和蔗糖间分配的调节中起着关键作用，当细胞质基质中的Pi浓度低时，就限制TP从叶绿体运出，这就促使淀粉在叶绿体基质中形成。相反，细胞质基质中Pi的浓度高时，叶绿体的TP与细胞质基质的Pi交换，输出到细胞质基质合成蔗糖。回答下列问题。
（1）光合作用中光反应的场所是 类囊体薄膜 ；暗反应的卡尔文循环中，与CO2结合的物质是 C5 。
（2）研究发现用专一抑制剂抑制小麦的TPT使其失去运输能力，可使叶绿体内淀粉合成增加14倍，但同时会导致光合作用整体速率降低。据图分析，叶绿体内淀粉合成增加的原因是 TPT被抑制，TP从叶绿体输出受阻，TP在叶绿体基质中合成淀粉 ；叶绿体中淀粉增加，光合作用产物积累 抑制 （填“促进”或“抑制”）了光合作用进行。
（3）TPT的运输严格遵循1∶1反向交换的原则，即一分子物质运入，另一分子物质以相反的方向运出。将离体的叶绿体悬浮于介质中，并给予正常光照和饱和CO2，若介质中Pi浓度很低，则该悬浮叶绿体中淀粉的合成会显著 增加 （填“增加”或“减少”）。
（4）小麦经过光合作用后，叶片淀粉含量很少，蔗糖积累较多，此时有利于小麦的生长和产量提高。在农业生产上，尤其是小麦灌浆期，可以采取适当 增加 （填“增加”或“减少”）施用磷肥提高小麦产量。
解析：（1）光反应的场所在叶绿体类囊体薄膜；卡尔文循环中与CO2结合的物质是C5。（2）TPT可以将磷酸丙糖运出叶绿体，如果用抑制剂抑制小麦的TPT，则磷酸丙糖被留在叶绿体内，合成淀粉，但由于淀粉增加，抑制了光合作用的进行。所以淀粉合成增加的原因是TPT被抑制，TP从叶绿体输出受阻，TP在叶绿体基质中合成淀粉，而光合作用整体速率降低的原因是叶绿体中淀粉大量积累不能及时运出，光合产物的积累抑制了光合作用的进行。（3）细胞质基质中Pi浓度很低，则运出叶绿体的磷酸丙糖减少，所以该悬浮叶绿体中淀粉的合成会显著增加。（4）在小麦灌浆期，通过增加磷肥的含量，再借助磷酸转运器的作用，将更多的磷酸运入叶绿体，同时将磷酸丙糖运出叶绿体，合成蔗糖，促进光合作用的进行，有利于小麦的生长和产量提高。
突破点2 细胞呼吸与光合作用的特殊途径
二氧化碳浓缩的三种途径
（2023·湖南高考17题，节选）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）在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度 高于 （填“高于”或“低于”）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 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，使维管束鞘细胞内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸 （答出三点即可）。
（2）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 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 （答出三点即可）。
解析：（1）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的亲和力高，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通过维管组织及时转移出细胞。（2）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。
1.C4植物的CO2浓缩机制
C4植物（如玉米）的叶片结构和光合作用过程
（1）叶肉细胞中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。
（2）维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物。
（3）C4植物的CO2补偿点低，光合午休小的原因：
①PEP羧化酶对CO2有很高的亲和力，气孔关闭时，仍然能够利用极低浓度的CO2。
②玉米已先通过C4途径把CO2储存起来形成C4，气孔关闭时，C4分解产生CO2，用于光合作用，所以气孔关闭对玉米影响不大。
2.蓝细菌的CO2浓缩机制
蓝细菌具有CO2浓缩机制，如下图所示。
注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。
3.景天科植物的CO2固定
景天科酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式，在夜间，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。在白天，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，作用机制如图所示（该机制也称CAM途径）。
1.研究发现，玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环（固定CO2的初产物为C3，简称C3途径）外，还有另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物为C4，简称C4途径，这种植物为C4植物，其固定CO2的途径如图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍。下列有关叙述错误的是（ ）
A.图中CO2进入叶肉细胞被固定的初产物是草酰乙酸
B.高温条件下，C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭
C.低浓度CO2条件下，C4植物可能比C3植物生长得好
D.苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞
解析：B 图中CO2进入叶肉细胞后，与磷酸烯醇式丙酮酸结合，生成草酰乙酸，A正确；高温条件下，C4植物光合效率高的原因是C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco酶，故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用，B错误；低浓度CO2条件下，C4植物能够利用低浓度的CO2进行光合作用，C3植物则不能，因此该条件下C4植物可能比C3植物生长得好，C正确；由图可知，苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞，D正确。
2.高温干旱环境中生长的景天科植物，黑暗条件下气孔打开，吸收CO2生成苹果酸并储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用。为验证仙人掌在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式，取生长状态相同的仙人掌若干株随机均分为两组，在相同且适宜条件下进行不同处理，下列分析错误的是（ ）
A.一组在湿度适宜的环境培养，另一组在干旱环境中培养
B.干旱环境中，黑暗条件下液泡中因储存较多苹果酸，使细胞液pH下降
C.分别测定两组仙人掌夜晚同一时间液泡中的pH，并计算每组平均值
D.预期湿度适宜组的pH平均值低于干旱处理组的pH平均值
解析：D 该实验是为了验证仙人掌在干旱环境中存在的特殊的CO2固定方式，因此需要把干旱和湿度适宜的环境中CO2的固定方式进行对比，A正确；干旱时，黑暗条件下苹果酸在液泡中储存，使细胞液pH下降，B正确；景天科植物特殊的CO2固定方式是夜间吸收CO2生成苹果酸并储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用，因此需要通过测定两组仙人掌夜晚同一时间液泡中的pH，以此来确定仙人掌是否存在特殊的CO2固定方式，C正确；干旱环境中，黑暗条件下液泡中因储存较多苹果酸，使pH下降，所以，预期湿度适宜组的pH平均值会高于干旱处理组的pH平均值，D错误。
3.（2024·河南驻马店模拟）水体中的HC含量比CO2含量高，水生藻类常面临CO2供应不足的情况。水生藻类在进化历程中演化形成了多种CO2浓缩机制，保证光合作用正常进行，以提高竞争优势。某些蓝细菌运输和浓缩CO2的过程如图所示。回答下列问题：
（1）HC通过BCT1进入蓝细菌细胞的运输方式是 主动运输 ，判断依据是 此运输过程需要载体蛋白且消耗ATP 。
（2）羧化体的蛋白质外壳有选择透过性，对CO2的通透性低，碳酸酐酶能催化HC转化为CO2。CO2在羧化体内生成C3的反应被称为 CO2的固定 。C3移出羧化体后被还原需要具备光照条件，原因是 蓝细菌进行光反应，为C3的还原提供ATP和NADPH 。
（3）分析图可知，蓝细菌通过 碳酸酐酶催化HC转化为CO2、BCT1和CO2泵主动运输HC和CO2、羧化体对CO2的通透性低 （答出2点）等机制来浓缩CO2，保证CO2的供应以维持光合作用的正常进行。
解析：（1）HC通过BCT1进入蓝细菌细胞需要借助载体蛋白和消耗能量，因此运输方式为主动运输。（2）CO2在羧化体内生成C3反应被称为CO2的固定。C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，而光反应在光照条件下才能进行。（3）分析图可知，蓝细菌通过碳酸酐酶催化HC转化为CO2、BCT1和CO2泵主动运输HC和CO2、羧化体对CO2的通透性低等机制来浓缩CO2。
光呼吸与光抑制
（2024·吉林高考21题）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主要物质变化如图1。
在叶绿体中：C5＋CO22C3 ①
C5＋O2C3＋C2 ②
在线粒体中：2C2＋NAD＋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 CO2的固定 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 细胞质基质 和 线粒体基质 。
（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。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自 有氧呼吸 和 光呼吸 （填生理过程）。7～10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是 7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程 。
据图3中的数据 不能 （填“能”或“不能”）计算出株系1的总光合速率，理由是 总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由图示不能得出株系1的呼吸速率，故不能计算出其总光合速率 。
（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 相同光照强度和CO2浓度下，株系1的净光合速率较高，积累有机物较多 。
解析：（1）反应①C5和CO2在酶R的作用下生成C3，是CO2的固定过程。（2）有氧呼吸的第一阶段和第二阶段产生NADH，场所分别为细胞质基质和线粒体基质。（3）由图1可知，光呼吸过程也可以产生CO2；结合教材知识可知，有氧呼吸第二阶段也可以产生CO2，故图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸和有氧呼吸。根据题中信息“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”推测，7～10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异是株系1和2与WT的光呼吸速率存在差异导致的，再结合题干信息“光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程”推测，7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，从而导致株系1和2的净光合速率增强。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，根据图3无法推出株系1的呼吸速率，故据图3中的数据不能计算出株系1的总光合速率。（4）由图2和图3可以看出，在相同光照强度和CO2浓度下，与株系2相比，株系1的净光合速率较高，积累的有机物较多，产量可能更具优势。
1.光呼吸
（1）光呼吸简要过程
RuBP羧化酶是双功能酶，既可催化C5与CO2的固定（羧化），又可催化C5与O2（加氧）的反应，其催化方向取决于CO2/O2的比值：
①比值增大，羧化反应增强，进行光合作用；
②比值减小，加氧反应增强，进入C2途径。因此，高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。
（2）光呼吸的有利影响——减少光抑制
在高光强、高温、干旱环境下，植物气孔关闭，CO2不能进入叶肉细胞，会导致光抑制。此时，植物的光呼吸释放CO2，消耗多余的ATP和NADPH，减少活性氧的产生，对光合器官起保护作用。
2.光抑制与光保护
光能超过光合系统所能利用的量时，光合生物会启动自我保护机制，光合功能下降，这就是光抑制现象。光抑制现象主要发生在PS Ⅱ系统。光抑制的发生及光保护的三道防线如下图所示：
4.（2024·广东肇庆二模）大豆、玉米等植物的叶绿体中存在一种名为Rubisco的酶，参与卡尔文循环和光呼吸。在较强光照下，Rubisco以五碳化合物（RuBP）为底物，在CO2/O2值高时，使RuBP结合CO2发生羧化；在CO2/O2值低时，使RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸，具体过程如下图所示。下列有关说法正确的是（ ）
A.大豆、玉米等植物的叶片中消耗O2的场所有叶绿体、线粒体
B.光呼吸发生在叶肉细胞的细胞质基质和叶绿体中
C.有氧呼吸和光呼吸均产生ATP
D.干旱、晴朗的中午，叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会降低
解析：A 玉米、大豆叶片中通过有氧呼吸消耗氧气的场所是线粒体内膜，通过光呼吸消耗氧气的场所在叶绿体基质，A正确；在较强光照下，Rubisco以五碳化合物（RuBP）为底物，在CO2/O2值高时，使RuBP结合CO2发生羧化；在CO2/O2值低时，使RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸，由以上可知，光呼吸和卡尔文循环发生场所一致，在叶绿体基质进行，B错误；由图可知，在CO2/O2的值低时，RuBP结合氧气发生光呼吸，光呼吸会消耗多余的ATP、NADPH，C错误；干旱、晴朗的中午，胞间CO2浓度会降低，叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会增强，D错误。
5.（2024·江苏南通三模）拟南芥在强光下产生电子过多，导致活性氧积累加快细胞凋亡引发萎黄病。研究表明C37蛋白能够在强光下影响Cb6/f复合体的活性，作用机理如下图所示。光系统Ⅰ和Ⅱ是完成光反应必需的，光反应过程中光合电子传递包括线性电子传递和环式电子传递。请分析回答：
（1）类囊体膜上光合色素与 蛋白质 形成的复合体可吸收、传递、转化光能。强光下该反应中的电子积累导致活性氧增加，此时CO2供应不足还会引起植物发生损耗能量的 光呼吸 过程。
（2）在光照条件下，PS Ⅱ吸收光能产生高能电子，PS Ⅱ中部分叶绿素a失去电子转化为 强氧化剂 （填“强还原剂”或“强氧化剂”），再从 H2O 中夺取电子引起O2释放。
（3）在 线性电子传递 （填“线性电子传递”或“环式电子传递”）中，电子经PS Ⅱ、Cb6/f和PS Ⅰ最终与 H＋、NADP＋ 结合生成NADPH，同时产生ATP共同参与 C3的还原 过程。
（4）研究表明，缺失C37蛋白的拟南芥，在强光下更容易得萎黄病。你认为C37蛋白在抵御强光胁迫，避免细胞凋亡中的作用是 提高Cb6/f复合体的活性（效率），避免电子积累，从而减少活性氧的产生，避免细胞凋亡 。
（5）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对PS Ⅱ复合体造成损伤。细胞可通过非光化学淬灭（NPQ）减少多余光能对PS Ⅱ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：①修复损伤的PS Ⅱ；②参与NPQ的调节。科研人员以野生型拟南芥和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如下图所示。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PS Ⅱ均造成了损伤。
①该实验的自变量为 光照、H蛋白 ，两组实验应在 CO2浓度、温度等 一致的环境条件下进行。
②若测得突变体的光合作用强度高于野生型，结合上图分析，推测其原因可能是 突变体的NPQ强度更大，NPQ减少PS Ⅱ损伤的功能强于H蛋白的修复功能 。
解析：（1）光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，膜上蛋白与光合色素形成的复合体，能够吸收、传递、转化光能。强光下该反应中的电子积累导致活性氧增加，此时CO2供应不足还会引起植物发生损耗能量的光呼吸过程。（2）在光照条件下，PS Ⅱ中部分叶绿素a会失去电子转化为强氧化剂从水中夺取电子，即水分解为氧和H＋、电子，引起O2释放。（3）由图可知，在线性电子传递中，电子经PS Ⅱ、Cb6/f和PS Ⅰ最终与H＋、NADP＋结合生成NADPH，同时产生ATP共同参与暗反应中C3的还原过程。（4）研究表明，缺失C37蛋白的拟南芥，在强光下更容易得萎黄病，由题干知C37蛋白能够在强光下影响Cb6/f复合体的活性，所以推测C37蛋白在抵御强光胁迫，避免细胞凋亡中的作用是提高Cb6/f复合体的活性（效率），避免电子积累，从而减少活性氧的产生，避免细胞凋亡。（5）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；两组实验应在无关变量一致的环境条件下进行，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CO2浓度、温度、水分等。②据图分析，强光照射下突变体中NPQ相对值高，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，也就是说突变体的NPQ强度大，能够减少强光对PS Ⅱ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PS Ⅱ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，从而导致突变体的光合作用强度高于野生型。
突破点3 光合作用的影响因素与农业生产
气孔导度与光合作用
（2024·湖北高考21题）气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小，控制CO2进入和水分的散失，影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料，研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理（图1）。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种，但对应关系未知。研究者利用野生型（wt）、ht1基因功能缺失突变体（h）、rhc1基因功能缺失突变体（r）和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体（h/r），进行了相关实验，结果如图2所示。
回答下列问题：
（1）保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致保卫细胞 失水 （填“吸水”或“失水”），引起气孔关闭，进而使植物光合作用速率 减小 （填“增大”或“不变”或“减小”）。
（2）图2中的wt组和r组对比，说明高浓度CO2时rhc1基因产物 促进 （填“促进”或“抑制”）气孔关闭。
（3）由图1可知，短暂干旱环境中，植物体内脱落酸含量上升，这对植物的积极意义是 脱落酸含量升高可促进气孔关闭，从而减少蒸腾作用，保存植物体内水分，使植物能够在干旱环境中生存 。
（4）根据实验结果判断：编码蛋白甲的基因是 rhc1 （填“ht1”或“rhc1”）。
解析：（1）保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致细胞液的渗透压降低，保卫细胞失水，引起气孔关闭。气孔关闭后，叶肉细胞CO2吸收减少，植物光合作用速率减小。（2）r是rhc1基因功能缺失突变体，即缺少rhc1基因产物，wt能正常表达rhc1基因产物。分析图2，高浓度CO2时，wt组气孔开放度低于r组，说明高浓度CO2时rhc1基因产物能促进气孔关闭。（3）短暂干旱条件下，植物体内脱落酸含量升高，促进气孔关闭，能够减少蒸腾作用，保存植物体内水分，使植物能够在干旱条件下生存。（4）分析图2可知，高浓度CO2时，r组气孔开放度高于wt组、h组和h/r组，结合图1分析，高浓度CO2时，植物体经过一系列调控机制最终使气孔关闭。r是rhc1基因功能缺失突变体，高浓度CO2时，r组气孔开放度高，说明缺失rhc1基因编码的蛋白质不能引起气孔关闭。由此推测，rhc1基因编码的是蛋白甲。
1.气孔的开闭与影响气孔开闭的因素
（1）气孔开闭运动的关键在于保卫细胞吸水膨胀变化。当液泡内溶质增多，细胞渗透压上升，吸收邻近细胞的水分而膨胀，这时较薄的外壁易于伸长，细胞向外弯曲，气孔就张开。反之，气孔关闭。
（2）影响气孔开闭的因素
①光：在一般情况下，白天打开气孔进行光合作用，晚上通过关闭气孔来减少水分损失。
②CO2：低浓度时促进气孔开放，高浓度时不管在光照或黑暗条件下都能促进气孔关闭。
③含水量：干旱或蒸腾过强失水多，导致气孔关闭。
④植物激素：细胞分裂素促进气孔开放，而脱落酸却引起气孔关闭。
⑤温度：气孔开度一般随温度的上升而增大，可以通过加强蒸腾作用降低植物体温，是植物抗热的保护机制。在30～50 ℃时，气孔开度最大。
2.气孔导度对细胞代谢的影响
通常认为在自然环境条件下光合作用降低的原因包括两个方面，一方面是由于气孔导度的限制引起，称为气孔限制；另一方面是由于在高光照条件下吸收过量的光能无法及时利用而发生光抑制，称为非气孔限制。
1.（2024·湖北武汉二模）气孔导度（植物叶片气孔张开的程度）受CO2浓度、光照强度、温度等多种环境因素的影响，其也会影响植物光合作用、蒸腾作用等生命活动。研究人员测量某植物在不同CO2浓度和光照强度下的气孔导度，绘制出如下立体图。下列叙述正确的是（ ）
A.气孔导度达到最大时，植物的光合作用强度将达到最大
B.CO2浓度为170 ppm时，适当提高光照强度会增加气孔导度
C.当光照强度为0时，气孔导度不受CO2浓度增加的影响
D.CO2浓度和光照强度均不变时，气孔导度也不会发生改变
解析：B 由图可知，气孔导度随着CO2浓度的升高而降低，气孔导度达到最大时，CO2浓度较低，植物的光合作用强度不一定最大，A错误；由图可知，当CO2浓度为170 ppm时，适当提高光照强度会增加气孔导度，B正确；当光照强度为0、CO2浓度小于170 ppm时，气孔导度随CO2浓度减小而增加，C错误；气孔导度受CO2浓度、光照强度、温度等多种环境因素的影响，当CO2浓度和光照强度均不变时，气孔导度也会发生改变，D错误。
2.（2024·江西模拟）净光合速率是植物光合作用积累有机物的速率，下图表示水分或盐胁迫下使某种植物净光合速率降低的因子。下列叙述正确的是（ ）
A.图中A、B分别是气孔、非气孔限制，长时间存在A、B限制时，叶绿体的C3含量比C5高
B.存在A限制时，若气孔导度进一步下降、净光合速率下降，则胞间CO2浓度下降
C.存在B限制时，若气孔导度下降、净光合速率下降，则胞间CO2浓度上升
D.同时存在A、B限制时，若气孔导度上升、净光合速率下降，则胞间CO2浓度下降
解析：A A是因为气孔导度下降影响了植物获得的CO2量，进而影响暗反应，导致净光合速率下降，这是气孔限制；而C5羧化酶活性降低，C5再生能力降低，影响了暗反应的CO2固定，也会影响净光合速率，这属于非气孔限制，所以导致光合作用降低的因子可分为气孔限制和非气孔限制两个方面，图中A、B分别是气孔限制、非气孔限制。长时间存在A、B限制时，叶绿体的C3含量是C5的两倍，A正确；A是气孔限制，由于气孔导度下降会使胞间CO2浓度下降，净光合速率下降，B错误；B限制是非气孔限制的结果，气孔导度下降、净光合速率下降，则胞间CO2浓度无法确定，C错误；由于气孔导度下降会使胞间CO2浓度下降，净光合速率下降会使胞间CO2浓度上升。B限制时胞间CO2浓度上升与净光合速率下降引起的结果相同，所以情况B限制是非气孔限制的结果。在A限制和B限制基础上测得某植物叶片在某段时间内出现第三种情况，如气孔导度上升、净光合速率下降，此时胞间CO2浓度上升与气孔导度上升和净光合速率下降引起的结果相同，所以既存在气孔限制也存在非气孔限制，若气孔导度上升、净光合速率下降，则胞间CO2浓度上升，D错误。
3.（2024·四川模拟）干旱等外界胁迫会导致农作物（如玉米）光合作用降低，限制因子可分为气孔限制和非气孔限制。气孔限制是由于气孔导度的限制使胞间CO2浓度不能满足光合作用的现象，气孔限制值用Ls表示，Ls＝1－Ci/Ca（Ci为胞间CO2浓度，Ca为大气CO2浓度）；非气孔限制是指引起叶绿体类囊体膜损伤、有关酶活性降低或光合色素减少等导致光合作用减弱的因素。请分析回答：
（1）绿色植物光合作用固定CO2的过程发生的场所是 叶绿体基质 ，该过程必需的物质条件除CO2外，还有 C5、酶 。
（2）光补偿点是指植物光合速率与呼吸速率相等时的光照强度值。在轻度干旱胁迫下，植物气孔导度有所降低，植物的光补偿点会 升高 （填“升高”或“降低”）；在重度干旱胁迫下，玉米幼苗叶片逐渐变黄，且Ls呈逐渐减小趋势，请分析其中的原因是 在重度干旱胁迫下，玉米幼苗叶绿体类囊体膜损伤，光合色素减少，尤其是叶绿素减少，使得光反应速率下降，影响暗反应对CO2的吸收，使Ci增多，Ci/Ca比例增大，Ls逐渐减小 。
解析：（1）绿色植物光合作用固定CO2的过程属于暗反应的一个过程，发生在叶绿体基质，该过程必需的物质条件除CO2外，还有C5和酶。（2）光补偿点是指植物光合速率与呼吸速率相等时的光照强度值，在轻度干旱胁迫下，植物气孔导度有所降低，植物吸收二氧化碳减少，光合速率降低，需要吸收更多的光才能达到与呼吸速率相等的光合速率，故植物的光补偿点会升高；在重度干旱胁迫下，玉米幼苗叶片逐渐变黄，且Ls呈逐渐减小趋势，结合题干，可能原因是在重度干旱胁迫下，玉米幼苗叶绿体类囊体膜损伤，光合色素减少，尤其是叶绿素减少，使得光反应速率下降，影响暗反应对CO2的吸收，使Ci增多，Ci/Ca比例增大，Ls逐渐减小。
环境胁迫对光合作用的影响及应用
1.（2023·湖北高考11题）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
解析：D 呼吸作用的最适温度高于光合作用，气温升高，植物呼吸作用增强，消耗的有机物增多，造成作物减产，A正确；温度升高，可能导致光合作用相关酶的活性降低，光合作用强度减弱，有机物合成减少，B正确；温度升高，蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫，从而影响正常的生命活动，造成减产，C正确；据题干信息可知，高温使叶片变黄、变褐，推测高温导致叶绿素降解，光反应产生的NADPH和ATP减少，NADH在细胞呼吸过程中产生，D错误。
2.（2024·新课标卷2题）干旱缺水条件下，植物可通过减小气孔开度减少水分散失。下列叙述错误的是（ ）
A.叶片萎蔫时叶片中脱落酸的含量会降低
B.干旱缺水时进入叶肉细胞的CO2会减少
C.植物细胞失水时胞内结合水与自由水比值增大
D.干旱缺水不利于植物对营养物质的吸收和运输
解析：A 脱落酸的主要合成部位为根冠、萎蔫的叶片等，叶片萎蔫时叶片中脱落酸的含量会升高，A错误。干旱缺水时，气孔部分关闭，从而导致进入叶肉细胞的CO2减少，B正确。植物细胞失水时主要丢失的是自由水，从而导致细胞内结合水与自由水比值增大，C正确。水在生物体内的流动可以把营养物质运送到各个细胞，同时也把各个细胞在新陈代谢中产生的废物运送到排泄器官或者直接排出体外。干旱缺水不利于植物对营养物质的吸收和运输，D正确。
1.胁迫（逆境）对光合作用的影响
（1）胁迫可分为生物胁迫和非生物胁迫两大类。非生物胁迫主要有水分（干旱和淹涝）、温度（高温和低温）、盐碱、环境污染等理化逆境，生物胁迫主要包括病害、虫害、杂草等。
（2）非生物胁迫的主要类型
类型 影响原理 主要表现
光照 主要指不合乎植物生长要求的光照强度和光质条件，通过影响光反应来影响农作物的光合作用 影响植物叶绿素的合成；对类囊体膜造成损伤
CO2 CO2是光合作用的反应物，低于CO2补偿点的CO2浓度会通过影响暗反应速率而影响光合作用强度 光合作用原料CO2不足导致暗反应速率下降
温度 低温逆境和高温逆境，主要通过影响酶的活性和气孔开放程度来影响光合作用 叶绿体的结构和酶的功能受到破坏；引起气孔关闭，影响CO2的吸收
类型 影响原理 主要表现
水分 水分胁迫包括干旱和水淹两种情况。干旱时气孔关闭，影响CO2吸收而影响暗反应，进而影响光合作用；农作物被水淹时，根细胞进行无氧呼吸产生酒精，对细胞造成毒害
无机盐 矿质营养对光合作用的影响主要包括：①影响叶绿体中物质和结构的形成，如叶绿素（Mg2＋）；②盐胁迫影响根系吸水，进而影响气孔开放程度；③重金属盐会影响叶绿素的合成和光合作用有关酶的活性
2.传统农业生产模式及应用
4.（2024·贵州安顺模拟）都匀毛尖色泽翠绿，外形匀整，条索卷曲，是中国十大名茶之一，具有抗氧化、抗辐射、抗衰老、清热解毒的功效。科研人员为研究干旱胁迫对都匀茶苗光合速率的影响，进行了一系列的实验，结果如下表所示。下列有关叙述错误的是（ ）
组别 处理 叶绿素含量/（mg·g－1） O2释放速率/（μmol·m－2·s－1）
甲 未胁迫 6.68 8.79
乙 轻度胁迫 4.63 3.01
丙 中度胁迫 2.27 －0.27
丁 重度胁迫 1.63 －0.87
A.都匀毛尖色泽翠绿与叶绿素未被氧化有关
B.乙组O2释放速率减慢与叶绿素含量减少有关
C.中度胁迫和重度胁迫下茶苗光合作用速率小于零
D.实验表明干旱胁迫是通过影响叶绿素的含量影响光合速率
解析：C 由题意可知，都匀毛尖色泽翠绿，具有抗氧化的功效，可见都匀毛尖色泽翠绿与叶绿素未被氧化有关，A正确；由题表可知，与对照组相比，随着干旱胁迫程度的增加叶绿素含量逐渐下降，O2释放速率逐渐减慢，因此乙组O2释放速率减慢与叶绿素含量减少有关，B正确；中度胁迫和重度胁迫下茶苗的叶绿素含量低，光合作用速率小于呼吸作用速率，但不小于零，C错误；由题表可知，与对照组相比，随着干旱胁迫程度的增加叶绿素含量逐渐下降，O2释放速率逐渐减慢，光合速率减慢，表明干旱胁迫是通过影响叶绿素的含量影响光合速率，D正确。
5.（2024·湖南衡阳模拟）在作物生长过程中，常会遇到生物胁迫和非生物胁迫。科研人员研究了干旱胁迫、烟草花叶病毒胁迫对烟草幼苗净光合速率的影响，得到如图甲所示实验结果；研究了干旱胁迫下添加水、烟草花叶病毒胁迫下添加宁南霉素处理对恢复期烟草幼苗净光合速率的影响，结果如图乙所示。
（1）植物的光合作用是将 水和二氧化碳 转变为有机化合物并释放出氧气的过程，分析图甲，干旱胁迫能降低烟草幼苗的净光合速率，主要原因可能是 干旱导致叶片的气孔开放程度降低，使烟草幼苗吸收的CO2减少 。
（2）对比图甲、图乙结果，可以得出恢复期 E 组烟草幼苗的净光合速率恢复程度最大；宁南霉素的作用可能是 减少烟草花叶病毒对烟草幼苗的侵害 。
（3）与干旱胁迫相比，烟草花叶病毒胁迫下，烟草幼苗含有的有机物的量 较少 （填“较多”“较少”或“基本相等”），依据是 图甲中，烟草花叶病毒胁迫下，烟草幼苗的净光合速率小于干旱胁迫下的 。
（4）研究表明，长时间处于干旱土壤中的烟草幼苗，重新种回湿润土壤中，烟草幼苗的光合速率反而降低。请设计实验进行验证，简要写出实验思路： 将长时间处于干旱土壤中的烟草幼苗均分为两组，一组移栽到湿润土壤中种植，另一组在原条件下继续种植，间隔相同时间后分别测定并比较二者的光合速率大小 。
解析：（1）光合作用是将水和二氧化碳转变为有机化合物并释放出氧气的过程；分析图甲：与对照组相比，其他组的净光合速率都下降；干旱胁迫能降低净光合速率的原因可能是干旱导致叶片的气孔开放程度降低，使烟草幼苗吸收的CO2减少。（2）对比图甲、图乙结果，恢复期E组即干旱胁迫后加水组的烟草幼苗的净光合速率恢复程度最大；图乙中有烟草花叶病毒胁迫的两组加宁南霉素处理，即F组和E&F；通过比较这两组，可知宁南霉素的作用可能是减少烟草花叶病毒对烟草幼苗的侵害。（3）分析图甲实验结果可知，烟草花叶病毒胁迫下，烟草幼苗的净光合速率小于干旱胁迫下的，即与干旱胁迫相比，烟草花叶病毒胁迫下的烟草幼苗含有的有机物的量较少。（4）实验目的是验证长时间处于干旱土壤中的烟草幼苗，重新种回湿润土壤中，烟草幼苗的光合速率反而降低。实验需要遵循对照原则，控制无关变量原则、单一变量原则等；实验思路为：将长时间处于干旱土壤中的烟草幼苗均分为两组，一组移栽到湿润土壤中种植，另一组在原条件下继续种植，间隔相同时间后分别测定并比较二者的光合速率大小。
一、选择题
1.（2024·广东深圳二模）柠檬酸循环是指在多种酶的作用下，丙酮酸被激活最终产生二氧化碳的过程。下列有关柠檬酸循环的叙述正确的是（ ）
A.在线粒体的内膜上进行
B.没有还原型辅酶Ⅰ产生
C.反应过程需要消耗氧气
D.释放的能量主要是热能
解析：D 根据题意，“丙酮酸被激活最终产生二氧化碳”属于有氧呼吸第二阶段的反应，不需要氧气参与，发生在线粒体基质，有还原型辅酶Ⅰ产生，释放的能量主要是热能，少部分用于合成ATP，A、B、C错误，D正确。
2.（2024·江苏盐城模拟）氧化型辅酶Ⅰ（NAD＋）是参与细胞呼吸重要的物质，线粒体内膜上的MCART1蛋白能转运NAD＋进入线粒体。下列叙述正确的是（ ）
A.NAD＋可在线粒体基质中转化为NADH
B.MCART1基因只在骨骼肌细胞中特异性表达
C.MCART1蛋白异常导致细胞无法产生ATP
D.NAD＋和MCART1蛋白的元素组成相同
解析：A 细胞呼吸过程中葡萄糖和水分子产生的氢与NAD＋结合生成还原型辅酶Ⅰ（NADH），那么NAD＋发挥作用的场所是在细胞质基质和线粒体基质，A正确；线粒体内膜上的MCART1蛋白能转运NAD＋进入线粒体，说明MCART1基因能在具有线粒体的细胞中特异性表达，不只是骨骼肌细胞，B错误；MCART1蛋白异常，不能转运NAD＋进入线粒体，但细胞质基质依然可以进行细胞呼吸产生ATP，C错误；氧化型辅酶Ⅰ元素组成有C、H、O、N、P，MCART1是蛋白质，元素组成主要有C、H、O、N，还可能含有S，D错误。
3.（2024·重庆荣昌模拟）细胞呼吸的原理在生活和生产中得到了广泛的应用。下列说法错误的是（ ）
A.中耕松土：促进根细胞有氧呼吸，利于根系吸收无机盐
B.睡前刷牙：抑制细菌无氧呼吸产生大量酸性物质侵蚀牙齿
C.保存果蔬：在低温、低氧条件下降低细胞呼吸强度，减少有机物消耗
D.稻田定期排水：避免水稻根细胞长时间无氧呼吸，产生乳酸导致烂根
解析：D 中耕松土：增加土壤中氧气的含量，促进根细胞有氧呼吸，为矿质元素吸收供应能量，利于根系吸收无机盐，A正确；睡前刷牙：增加口腔内氧气的含量，可抑制细菌无氧呼吸产生大量酸性物质侵蚀牙齿，B正确；在低温、低氧条件下细胞呼吸有关酶的活性降低，从而降低细胞呼吸强度，减少有机物消耗，C正确；水稻根细胞无氧呼吸产生的是酒精和CO2，不产生乳酸，D错误。
4.（2024·河北沧州三模）水淹胁迫能抑制植物的有氧呼吸，某植物经糖酵解过程分解葡萄糖产生丙酮酸。丙酮酸进一步转化成乙醇和乳酸响应水淹胁迫。下列叙述正确的是（ ）
A.糖酵解发生在线粒体基质中，该过程有ATP产生
B.糖酵解过程产生的大量[H]可与O2结合生成H2O
C.糖酵解过程中葡萄糖的能量大部分存留在乳酸中
D.长时间水淹会导致该植物吸收无机盐的能力下降
解析：D 糖酵解是呼吸作用第一阶段，发生在细胞质基质中，A错误；糖酵解是呼吸作用第一阶段，该过程产生的[H]较少，B错误；丙酮酸分解为乳酸的过程是无氧呼吸第二阶段，不属于糖酵解，C错误；长时间水淹会导致有氧呼吸过程受阻，能量产生减少，导致该植物吸收无机盐的能力下降，D正确。
5.（2024·辽宁沈阳三模）将新疆的哈密瓜引种到南方地区，为尽量保持其原有的产量和甜味，所采用的措施不包括（ ）
A.适当延长光照时间
B.采用一定的紫外线和红外线照射
C.适当增加昼夜温差
D.适当增加光照强度
解析：B 适当延长光照时间可以提高光合作用速率，有助于提高农作物的产量，可以达到目的，A不符合题意；采用一定的紫外线和红外线照射不能起到提高光合速率的作用，因为紫外线和红外线不是可见光，不能被植物吸收，因而不能达到目的，B符合题意；适当增加昼夜温差将减少呼吸作用消耗的有机物，有利于有机物的积累，从而提高产量，达到目的，C不符合题意；适当增加光照强度可以提高光合作用速率，有助于提高农作物的产量，可以达到目的，D不符合题意。
6.（2024·安徽模拟）采用大棚覆盖塑料薄膜种植蔬菜是一种人为创造适宜的环境，促进蔬菜优质高产的有效手段之一。下列相关叙述错误的是（ ）
A.温室大棚中适当增大昼夜温差可增加农作物中有机物的积累量
B.用红色塑料薄膜代替无色塑料薄膜，可提高大棚蔬菜的光合速率
C.通过施用有机肥，可补充CO2和无机盐，从而增加产量
D.白天定时给大棚通风，可以增加大棚内CO2的浓度
解析：B 温室大棚中适当增大昼夜温差，可以降低夜晚呼吸作用对有机物的消耗，有利于农作物中有机物的积累，A正确；植物主要吸收蓝紫光和红光，用红色塑料薄膜代替无色塑料薄膜，植物只能吸收到红光，不利于提高大棚蔬菜的光合速率，B错误；有机肥中的有机物可被微生物分解，产生无机盐和CO2，为植物提供营养物质，补充大棚内的CO2，有利于提高光合速率，从而增加产量，C正确；白天定时给大棚通风，可以增加大棚内CO2的浓度，促进大棚蔬菜的光合作用，D正确。
7.（2024·湖北武汉模拟）气孔是植物表皮上高度特化的细胞，由两个保卫细胞合围而成。保卫细胞通过体积变化来调节气孔运动，这对于植物光合作用和蒸腾作用中的气体和水分交换至关重要。下列叙述错误的是（ ）
A.与绿光相比，植物在同等强度红光条件下气孔开度较小
B.盛夏正午时分植物光合作用强度减弱可由部分气孔关闭导致
C.雨天叶片含水过多，保卫细胞吸水膨胀使气孔张开
D.荒漠生物群落中的许多植物为了适应干旱环境，气孔在夜晚打开
解析：A 光合色素主要吸收蓝紫光和红光，红光能增大光合速率，使保卫细胞光合产物增多，保卫细胞渗透压上升，促进细胞吸水，气孔开放，A错误；盛夏晴朗的白天，正午时分温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，导致光合作用暗反应受到限制，B正确；气孔是由成对半月形的保卫细胞之间形成的小孔，雨天叶片含水过多，保卫细胞吸水，细胞膨胀，外壁伸展拉长，细胞的内壁向内凹陷，细胞厚度增加，两细胞分离，气孔张开，C正确；荒漠生物群落中的许多植物如仙人掌为了适应干旱环境，气孔在夜晚才打开，D正确。
8.（2024·湖南永州三模）将某植物引种到新环境后，其光合速率较原环境发生了一定的变化。将在新环境中产生的该植物种子培育的幼苗再移回原环境，发现其光合速率变化趋势与其原环境植株一致。在新环境中该植物的光合速率等生理指标日变化趋势如下图所示。下列叙述错误的是（ ）
A.新环境中该植株光合速率变化趋势的不同是由环境因素引起的
B.图中光合作用形成ATP最快的时刻是10：00左右
C.10：00～12：00光合速率明显减弱，其原因可能是酶的活性减弱
D.气孔导度增大，能够提高蒸腾速率，有助于植物体内水和有机物的运输
解析：D 生物的表型既由基因型决定，也受环境影响，在新环境中产生的后代，其遗传特性与亲代基本相同，从而排除遗传因素的影响；当迁回原环境后，其光合速率又恢复为原环境的速率，说明在原环境与新环境的光合速率变化趋势的不同是由环境因素引起的，A正确；光反应和暗反应共同构成光合作用，10：00光合速率最大，因此光反应最快，形成ATP的速率也最快，B正确；10：00～12：00光合速率明显减弱，但此阶段气孔导度很高，因此限制光合作用的因素不是CO2浓度，影响因素可能是10：00到12：00，温度较高降低了光合作用相关酶的活性，光合速率明显下降，C正确；气孔导度增大，能够提高蒸腾速率，有助于植物体内水分和无机盐的运输，D错误。
9.（2024·山东模拟）乳酸脱氢酶（LDH）能催化丙酮酸与乳酸之间的相互转化，其催化方向取决于细胞中NADH/NAD＋的值。在人体肌细胞中产生的乳酸可以通过血液进入肝脏等组织内，重新转变成丙酮酸，转化为葡萄糖后，再次进入组织细胞中参与氧化分解。下列叙述错误的是（ ）
A.丙酮酸在肌细胞细胞质基质中经LDH催化产生乳酸
B.细胞中乳酸积累过多，可能会影响乳酸脱氢酶的活性
C.LDH催化丙酮酸转化为乳酸，可以释放能量合成ATP
D.与骨骼肌细胞相比，肝脏细胞中NADH/NAD＋的值相对较高
解析：C 丙酮酸经LDH催化产生乳酸，属于无氧呼吸第二阶段，场所在细胞质基质，A正确；细胞中乳酸积累过多，会降低细胞中的pH，可能会影响乳酸脱氢酶的活性，B正确；LDH催化丙酮酸转化为乳酸，属于无氧呼吸第二阶段，该阶段不产生ATP，C错误；在人体肌细胞中产生的乳酸可以通过血液进入肝脏等组织内，重新转变成丙酮酸，该过程还会产生NADH，所以与骨骼肌细胞相比，肝脏细胞中NADH/NAD＋的值相对较高，D正确。
10.（2024·辽宁鞍山模拟）某科研所为提高蔬菜产量进行了相关生理活动的研究，在最适温度下进行相关实验（图1实验是在黑暗中进行的），结果如下图。下列相关分析错误的是（ ）
A.图1中呼吸底物为葡萄糖且O2浓度为a时，O2的吸收量等于CO2的释放量的一半
B.植物细胞进行有氧呼吸和无氧呼吸时，分解葡萄糖时释放的能量中大部分以热能的形式散失
C.在光合作用最适温度下适当升温，若细胞呼吸速率增大，光补偿点可能右移
D.图2中g点时甲的叶肉细胞叶绿体产生的葡萄糖进入线粒体进行呼吸作用
解析：D 无氧呼吸不吸收O2，只释放CO2；有氧呼吸吸收的O2和释放CO2量刚好相等，图1中呼吸底物为葡萄糖且O2浓度为a时，O2的吸收量等于CO2的释放量的一半，A正确；植物细胞进行有氧呼吸和无氧呼吸时，分解葡萄糖时释放的能量中大部分以热能的形式散失，小部分形成ATP，B正确；在光合作用最适温度下适当升温，若细胞呼吸速率增大，但是光合作用速率降低，需要更大的光照才能达到光补偿点，所以光补偿点可能右移，C正确；葡萄糖不能进入线粒体，D错误。
二、非选择题
11.（2024·海南模拟）奔跑时，骨骼肌细胞参与运动。当氧气供应不足时，骨骼肌细胞可通过无氧呼吸分解葡萄糖获得能量，无氧呼吸产生的乳酸运输至肝脏中经过糖异生作用重新生成葡萄糖。下图为上述代谢过程的示意图。根据所学知识回答下列问题：
（1）据图判断，骨骼肌细胞中1，6-二磷酸果糖生成乳酸的场所是 细胞质基质 。图中三种酶在两个细胞中催化化学反应的机制是 降低化学反应的活化能 。
（2）据图判断，肝细胞中的糖异生作用的意义是 防止乳酸过多而引起的酸中毒；储存一定量的葡萄糖，保证肝细胞的能量供应 。（答出两点）。骨骼肌细胞中不能进行糖异生，其根本原因是 骨骼肌细胞中酶3基因不能表达，不能产生酶3 。
（3）研究发现，氰化物对于动物是剧毒物质，因为氰化物能抑制细胞线粒体内膜上的细胞色素氧化酶（COX）的活性，会导致有氧呼吸第 三 阶段受到影响。但是某些植物线粒体内膜上的交替氧化酶（AOX）的活性不受氰化物影响，AOX参与的呼吸方式称为抗氰呼吸。氰化物对COX和AOX的活性影响不同，可能的原因是 COX和AOX结构不同，对氰化物的敏感性不同 。抗氰呼吸使细胞在消耗等量呼吸底物的情况下产生更多的热量，由此可知，抗氰呼吸比正常有氧呼吸合成的ATP量 更少 （填“更多”或“更少”）。
解析：（1）由图可知，1，6-二磷酸果糖是生成乳酸的中间产物，完成的是无氧呼吸，场所是细胞质基质。图中三种酶在两个细胞中催化化学反应的机制是降低化学反应的活化能。（2）据图判断，肝细胞中的糖异生作用的意义是防止乳酸过多而引起的酸中毒；储存一定量的葡萄糖，保证肝细胞的能量供应。骨骼肌细胞中不能进行糖异生，其根本原因是骨骼肌细胞中酶3基因不能表达，不能产生酶3。（3）研究发现，氰化物对于动物是剧毒物质，因为氰化物能抑制细胞线粒体内膜上的细胞色素氧化酶（COX）的活性，会导致有氧呼吸第三阶段受到影响。但是某些植物线粒体内膜上的交替氧化酶（AOX）的活性不受氰化物影响，AOX参与的呼吸方式称为抗氰呼吸。氰化物对COX和AOX的活性影响不同，可能的原因是COX和AOX结构不同，对氰化物的敏感性不同。细胞呼吸产生的能量一部分用于合成ATP，一部分以热能形式散失，所以抗氰呼吸使细胞在消耗等量呼吸底物的情况下产生更多的热量，由此可知，抗氰呼吸比正常有氧呼吸合成的ATP量更少。
一、选择题
1.（2024·黑龙江哈尔滨模拟）线粒体是真核细胞有氧呼吸的主要场所，其内部发生的三羧酸循环、脂肪酸的β氧化和还原氢与O2的结合反应与细胞能量供应密切相关。下列有关叙述正确的是（ ）
A.线粒体内的蛋白质大部分由线粒体自身基因编码
B.三羧酸循环产生的还原氢首先与NAD＋结合生成NADH
C.线粒体将H＋运至细胞质为第三阶段的进行奠定了物质基础
D.线粒体内膜上合成ATP与H＋跨膜运输有关
解析：D 线粒体内的蛋白质大部分由细胞核基因编码，少部分由线粒体自身基因编码，A错误；在三羧酸循环过程中，产生的还原氢为NADH，B错误；线粒体将H＋运至线粒体内膜与外膜的间隙，为第三阶段的进行奠定了物质基础，C错误；当H＋顺浓度梯度穿过ATP合酶时，该酶催化ATP的合成，D正确。
2.（2024·辽宁二模）光极限是指光合作用吸收CO2量随着光吸收的增加而上升的光吸收范围。CO2极限是指光合作用吸收CO2量不再随着光吸收的增加而上升的光吸收范围。研究表明热带树木的光合机制开始失效的临界温度平均约为46.7 ℃。下列相关叙述错误的是（ ）
A.在光极限范围内，随着光吸收的增加光合速率也增大
B.CO2极限时，光合速率不再增加可能与叶片气孔大量关闭有关
C.CO2极限时较极限前叶肉细胞中的NADPH、ATP含量高，C3含量低
D.热带树木达到光合机制开始失效的临界平均温度前光合速率不断增加
解析：D 分析题意，光极限是指光合作用吸收CO2量随着光吸收的增加而上升的光吸收范围，在光极限范围内，随着光吸收的增加光合速率也增大，A正确；CO2极限是指光合作用吸收CO2量不再随着光吸收的增加而上升的光吸收范围，CO2极限时，光合速率不再增加可能与叶片气孔大量关闭有关，此时CO2进入气孔减少，暗反应减慢，B正确；CO2极限时光照强度达到最大，光反应速率最大，较极限前叶肉细胞中的NADPH、ATP含量高，C3还原加快，故C3含量低，C正确；酶活性需要适宜的温度，热带树木的光合机制开始失效的临界温度平均约为46.7 ℃，热带树木达到光合机制开始失效的临界平均温度前随温度升高，相关酶活性降低，故光合速率不会一直增加，D错误。
3.（2024·湖北三模）研究人员对密闭蔬菜大棚中的黄瓜植株进行了一昼夜的光合作用和呼吸作用调查，结果如下图所示，SM、SN、Sm分别表示图中相应图形的面积。下列叙述错误的是（ ）
A.E点时密闭大棚中CO2浓度最高，O2浓度最低
B.C点过后光照降低，短时间内叶绿体中C3含量升高
C.B点和D点时黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率
D.一昼夜后，黄瓜植株有机物的增加量可表示为Sm－SM－SN
解析：A B点之前经过一晚上的呼吸释放二氧化碳，且6点前光合作用小于呼吸作用，因此大棚中的二氧化碳浓度在B点达到最大，此后由于光合作用大于呼吸作用，二氧化碳浓度开始下降，同时由于晚上消耗氧气，此时氧气浓度最低，即B点时大棚中CO2浓度最高，O2浓度最低，A错误；C点过后光照降低，光反应产生的ATP和NADPH减少，那么C3还原速率减慢，C3消耗减少，而短时间内C3合成速率不变，因此短时间内叶绿体中C3含量升高，B正确；图中B点和D点表示CO2的吸收量等于CO2的释放量，即黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率，C正确；图中SM、SN均表示0～6点、18～24点呼吸消耗的有机物量，Sm表示6～18点光合作用积累的有机物量，因此，经过一昼夜后，黄瓜植株的净增加量应为Sm－SM－SN，D正确。
4.（2024·广东广州二模）光照充足时，叶肉细胞中Rubisco催化O2与CO2竞争性结合C5。O2和CO2与Rubisco的亲和力与各自的相对浓度有关，相对浓度高则与酶的亲和力高。O2与C5结合后经一系列的反应，最终释放CO2的过程称为光呼吸。下图中实线部分表示植物叶肉细胞的光合作用和光呼吸等正常的生命活动过程，虚线部分表示为科学家通过基因工程所构建的新的光呼吸代谢支路。下列叙述，错误的是（ ）
A.酶Rubisco既能催化CO2的固定，又能催化C5与O2反应
B.光呼吸会消耗一部分的C5，从而降低光合作用产量
C.新的光呼吸代谢支路，有利于植物积累有机物
D.在农业生产中，可通过给大棚通风的方式，提高农作物的光呼吸过程
解析：D 叶肉细胞中Rubisco催化O2与CO2竞争性结合C5，即该酶既能催化CO2的固定，又能催化C5与O2反应，A正确；光呼吸O2与C5结合生成C3酸与C2酸，C2酸最终又生成CO2，参与CO2固定的C5减少，导致光合作用产量降低，B正确；新的光呼吸代谢支路，将C2酸转化为叶绿体内的CO2，增大叶绿体中CO2浓度，促进叶绿体中CO2的固定，有利于植物积累有机物，C正确；在农业生产中，给大棚通风可增大大棚中的气体交换速率，增大大棚中的CO2浓度，降低O2浓度，可降低农作物的光呼吸，D错误。
5.（2024·北京海淀二模）环境适宜的条件下，研究人员测定某植物在不同温度下的净光合速率、气孔开放程度及胞间CO2浓度，结果如下图。下列叙述不正确的是（ ）
A.胞间CO2进入叶肉细胞叶绿体基质被光合作用暗反应利用
B.5 ℃时，胞间CO2浓度较高的原因可能是光合作用相关酶的活性较低
C.叶温在30～40 ℃时，净光合速率下降主要是叶片气孔关闭所致
D.30 ℃下单位时间内有机物的积累量最大
解析：C 胞间CO2进入叶肉细胞叶绿体基质被光合作用暗反应利用，A正确；5 ℃时，可能由于光合作用相关酶的活性较低，导致光合速率下降，胞间CO2浓度较高，B正确；叶温在30～40 ℃时，气孔开放程度上升，胞间CO2浓度上升，即CO2充足，不是净光合速率下降的主要原因，可能是由于高温导致酶部分失活，C错误；30 ℃下净光合速率最大，单位时间内有机物的积累量最大，D正确。
6.（2024·山东聊城模拟）强光胁迫会导致大豆出现光抑制现象。接近光饱和点的强光会导致大豆的光系统Ⅱ（PS Ⅱ）出现可逆失活，失活状态的PS Ⅱ加强了能量耗散，以避免受到进一步破坏。该过程中起重要作用的是参与构成PS Ⅱ的D1蛋白。强光下D1即开始降解，其净损失率与PS Ⅱ单位时间接受的光子数呈正相关。编码D1的psbA基因定位于叶绿体基因组，科研人员尝试将蓝细菌psbA导入大豆细胞核（纯合品系R），结果发现在强光下D1的降解率并没有下降，但光饱和点提高了。下列说法正确的是（ ）
A.强光下D1的降解速率可超过其补充速率
B.PS Ⅱ等吸收的光能全部储存在ATP、NADPH中
C.品系R的核psbA表达产物应定位于叶绿体基质
D.强光下气孔关闭，可能导致C5的含量迅速降低，阻碍暗反应的进行
解析：A 强光下D1的降解速率可超过其补充速率，导致PS Ⅱ单位时间接受的光子数减少，A正确；PS Ⅱ等吸收的光能一部分储存在ATP、NADPH中，一部分以热能的形式散失，B错误；叶绿体基因组编码的蛋白质定位于叶绿体中，C错误；强光下气孔关闭，CO2吸收减少，CO2的固定减慢，C3的还原不变，C5的含量会积累，阻碍暗反应的进行，D错误。
7.（2024·山东济宁三模）为研究某种植物光合速率和呼吸速率对生长发育的影响，研究者做了以下实验，将长势相同的该植物幼苗均分成7组，分别置于不同温度下，先暗处理1 h，再光照1 h，其他条件相同且适宜，测其干重变化，结果如图所示。下列说法错误的是（ ）
A.光照下26 ℃和32 ℃时该植物的净光合速率相等
B.若光照强度突然增加，叶绿体基质中C3的含量将会减少
C.30 ℃条件下，一昼夜光照时间超过8 h，该植物幼苗才能生长
D.温度达到34 ℃时，该植物幼苗在光照条件下不能进行光合作用
解析：D 32 ℃时，暗处理1 h后的重量变化是－4 mg，说明呼吸速率是4 mg/h，光照1 h后与暗处理前的变化是0 mg，光合速率－2×呼吸速率＝0，此条件下光合速率是8 mg/h，净光合速率是4 mg/h，同理可推知，26 ℃时，呼吸速率是1 mg/h，光合速率是5 mg/h，净光合速率是4 mg/h，A正确；当光照强度突然增加时，光反应增强，产生的ATP和NADPH增加，从而促进了三碳化合物的还原，C3的消耗速率加快，但是二氧化碳固定形成的三碳化合物的过程不受影响，即C3的生成速率不变，故C3的含量减少，B正确；30 ℃条件下，呼吸强度为3 mg/h，光合作用强度是9 mg/h，一昼夜光照时间等于8 h，则光合产生有机物72 mg，呼吸消耗为3×24＝72 mg，则大于8 h该植物幼苗有机物可以积累，才能生长，C正确；34 ℃时呼吸速率是2 mg/h，光照1 h比暗处理前减少了3 mg，光照1 h后与暗处理前的重量变化＝光合速率－2×呼吸速率，说明此时光合速率为1 mg/h，D错误。
二、非选择题
8.（2024·山东潍坊模拟）当光照过强，植物吸收的光能超过植物所需时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。强光条件下，一方面因NADP＋不足使电子传递给O2形成；另一方面会导致还原态电子积累，形成三线态叶绿素（3chl），3chl与O2反应生成单线1O2。和1O2都非常活泼，如不及时清除，会攻击叶绿素和PS Ⅱ反应中心（参与光反应的色素—蛋白质复合体）的D1蛋白，从而损伤光合结构。类胡萝卜素可快速淬灭3chl，也可直接清除1O2，从而起到保护叶绿体的作用。
（1）PS Ⅱ反应中心位于 叶绿体类囊体薄膜 ，强光条件下NADP＋不足的原因是 强光条件下光反应增强，对NADP＋的消耗速率增大 。
（2）强光条件下，与正常植株相比，缺乏类胡萝卜素突变体植株的光合速率 减小 （填“增大”“不变”或“减小”），原因是 突变体植株缺乏类胡萝卜素，对蓝紫光的吸收减少；无法及时淬灭3chl并清除1O2，损伤光合结构 （答出2条即可）。
（3）Rubisco酶是一个双功能酶，光照条件下，它既能催化C5与CO2发生羧化反应固定CO2，又能催化C5与O2发生加氧反应进行光呼吸，其催化方向取决于CO2和O2浓度。通过比较碳固定数发现，发生光呼吸时，光合作用效率降低了 30 ％。
（4）随施氮量的适当增加，叶绿素含量升高，导致该变化的原因是 叶绿素含有氮元素，施氮量适量增大，有利于叶绿素合成；蛋白质（如催化叶绿素合成的酶）含有氮元素，施氮量适当增大，促进催化叶绿素合成的酶的合成；叶绿素分布在类囊体薄膜上，薄膜的主要成分是磷脂和蛋白质，这两种物质都含有氮元素，施氮量适当增大，有利于类囊体薄膜面积的增大 （至少答出3点）。
解析：（1）由题意可知，光照过强会导致PS Ⅱ反应中心的D1蛋白损伤，PS Ⅱ参与光反应过程，则反应中心位于类囊体薄膜上。强光会导致NADPH和ATP的合成增加，对NADP＋的消耗速率增大，则生成的NADP＋不足。（2）由于强光下，突变体植株缺乏类胡萝卜素，对蓝紫光的吸收减少；无法及时淬灭3chl并清除1O2，损伤光合结构，所以强光条件下，与正常植株相比，缺乏类胡萝卜素突变体植株的光合速率减小。（3）看图可知：无光呼吸发生时，10分子C5结合10分子CO2；有光呼吸时，10分子C5结合8分子CO2，在生成C2（乙醇酸）时还释放了1分子CO2，可见有光呼吸时，10分子C5结合7分子CO2，故有光呼吸发生时，光合作用效率降低了30％。（4）叶绿素含有氮元素，施氮量适量增大，有利于叶绿素合成；蛋白质（如催化叶绿素合成的酶）含有氮元素，施氮量适当增大，促进催化叶绿素合成的酶的合成；叶绿素分布在类囊体薄膜上，薄膜的主要成分是磷脂和蛋白质，这两种物质都含有氮元素，施氮量适当增大，有利于类囊体薄膜面积的增大。
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主｜干｜知｜识｜整｜合
1.图解光合作用与细胞呼吸的过程
提醒：①有氧呼吸第二阶段不消耗O2，但必须在有O2存在条件下进行。
②光合作用中色素吸收光能不需要酶的参与，后续过程均需酶的催化。
③光反应停止，暗反应不会立刻停止，因为光反应产生的NADPH和ATP还可以维持一段时间的暗反应。
2.分析光合作用和细胞呼吸中物质变化和能量转化关系
（1）“三种”元素转移途径
（2）NADPH、[H]和ATP的来源和去路
3.掌握影响细胞呼吸的四类曲线
4.掌握影响光合作用因素的三类曲线
5.补偿点、饱和点与光合作用的关系及应用
（1）饱和点与补偿点的含义与植物生长的关系解读
①饱和点代表植物在一定条件下的最大光合作用能力。在一定条件下，饱和点越大，表示植物的光合作用能力越强。
②补偿点表示植物在一定条件下开始生长（积累有机物）的临界值，高于补偿点，植物开始生长；低于补偿点，植物会净消耗有机物。补偿点低，说明植物在较弱光照或低CO2浓度下就能生长。
③通常，阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的低，由此可以区分判断阴生植物和阳生植物。
（2）光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动分析
①A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点 下移 ；反之，A点 上移 。
②B点与C点的变化（注：只有横坐标为自变量，其他条件不变）
条件 B点（补偿点） C点（饱和点）
适当增大CO2浓度（或光照强度） 左移 右移
适当减小CO2浓度（或光照强度） 右移 左移
土壤缺M 右移 左移
提醒：细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2（或光）补偿点应右移，反之左移。
③D点：代表最大光合速率，若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时，D点向 右上方 移动；反之，移动方向相反。
易｜错｜易｜混｜辨｜析
1.判断下列有关细胞呼吸叙述的正误
（1）（2024·安徽卷）[H]与氧结合生成水并形成ATP的过程发生在线粒体基质和内膜上。（ × ）
（2）（2023·广东卷）还原型辅酶Ⅰ参与呼吸作用并在线粒体内膜上作为反应物。（ √ ）
（3）（2022·河北卷）酵母菌无氧呼吸不产生使溴麝香草酚蓝溶液变黄的气体。（ × ）
（4）（2022·河北卷）呼吸作用中有机物彻底分解、产生大量ATP的过程发生在线粒体基质中。（ × ）
（5）（2020·全国Ⅰ卷）若细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸（以葡萄糖为呼吸底物），则吸收O2的分子数比释放CO2的多。（ × ）
（6）马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP。（ × ）
2.判断下列有关光合作用叙述的正误
（1）（2021·湖南卷）弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用。（ × ）
（2）（2021·湖南卷）在暗反应阶段，CO2不能直接被还原。（ √ ）
（3）（2020·江苏卷，改编）卡尔文等探究CO2中碳在光合作用中的转化途径采用了同位素标记法。（ √ ）
（4）降低光照强度将直接影响光反应的进行，从而影响暗反应的进行；改变CO2浓度则直接影响暗反应的进行。（ √ ）
（5）夏季晴天，造成植物光合作用的“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。（ × ）
原｜因｜原｜理｜阐｜释
1.给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是 有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了O，有氧呼吸第二阶段利用O生成C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物 。
2.（2023·全国高考，改编）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有糖产生。
（1）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 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 。
（2）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 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 。
3.（2022·重庆高考，改编）用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有 NADPH、ATP和CO2 。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有 增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度 （答两点）。
4.（2020·海南高考）在晴朗无云的夏日，某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化，结果如图。回答下列问题。
（1）据图分析，与10时相比，7时蔬菜的光合作用强度低，此时，主要的外界限制因素是 光照强度 ；从10时到12时，该蔬菜的光合作用强度 降低 。
（2）为探究如何提高该蔬菜光合作用强度，小组成员将菜地分成A、B两块，10～14时在A菜地上方遮阳，B菜地不遮阳，其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高，主要原因是 B菜地光照强度过高，导致蔬菜气孔关闭，二氧化碳吸收受阻，光合作用速率降低 。
（3）小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖，测得棚内温度比B菜地高，一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比，C菜地蔬菜产量低，从光合作用和呼吸作用的原理分析，原因是
C的温度上升，光合作用有关酶活性下降，呼吸作用有关酶活性增加，C的净光合作用降低，产量下降，因此C的蔬菜产量低于B 。
突破点1 运用物质与能量观分析光合作用与细胞呼吸
细胞呼吸的调节和控制
1.（2024·安徽高考3题）细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，磷酸果糖激酶1（PFK1）是其中的一个关键酶。细胞中ATP减少时，ADP和AMP会增多。当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡。下列叙述正确的是（ ）
A.在细胞质基质中，PFK1催化葡萄糖直接分解为丙酮酸等
B.PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变而变性失活
C.ATP/AMP浓度比变化对PFK1活性的调节属于正反馈调节
D.运动时肌细胞中AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快
解析：D 细胞呼吸第一阶段葡萄糖最终分解为丙酮酸，需要一系列酶促反应即需要多种酶参与，而磷酸果糖激酶1（PFK1）是其中的一个关键酶，因此PFK1不能催化葡萄糖直接分解为丙酮酸，A错误；由题意可知，当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡，说明PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变但还具有其活性，B错误；由题意可知，ATP/AMP浓度比变化，最终保证细胞中能量的供求平衡，说明其调节属于负反馈调节，C错误；运动时肌细胞消耗ATP增多，细胞中ATP减少，ADP和AMP会增多，从而AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快，细胞中ATP含量增多，从而维持能量供应，D正确。
2.（2022·山东高考16题改编）在有氧呼吸第三阶段，线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子，电子经线粒体内膜最终传递给O2，电子传递过程中释放的能量驱动H＋从线粒体基质移至内外膜间隙中，随后H＋经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成，然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响，将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理，分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H＋进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法错误的是（ ）
A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B.与25 ℃时相比，4 ℃时有氧呼吸产热多
C.与25 ℃时相比，4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H＋浓度降低，生成的ATP减少
解析：A 由题意可知，电子经线粒体内膜最终传递给O2，4 ℃与25 ℃相比，O2消耗增加，说明其电子传递过程没有受阻，A错误；细胞呼吸时有机物的化学能转化成ATP的能量和热能，与25 ℃时相比，4 ℃时消耗O2多，但ATP生成量减少，说明其产热多，消耗葡萄糖的量多，B、C正确；已知DNP可使H＋从内外膜间隙进入线粒体基质时不经过ATP合酶，减少了ATP生成，同时从内外膜间隙进入线粒体基质的H＋增加，使内外膜间隙的H＋浓度降低，D正确。
1.有氧呼吸产热的调控
（1）UCP与体温调节
UCP是动物褐色脂肪组织细胞的线粒体内膜上存在的H＋通道蛋白。UCP平时是关闭的状态，当细胞受到相应的信号（如甲状腺激素和肾上腺素）时，可以打开UCP通道，线粒体膜间隙中的H＋就大量从UCP流入线粒体基质， 降低了电子传递过程建立的跨膜H＋浓度梯度，使ATP的合成减少，释放的热能增多，即甲状腺激素和肾上腺素可以增加产热，升高体温。
（2）AOX与植物开花生热
AOX是一种植物细胞线粒体内膜上广泛存在的氧化酶。在此酶参与下，电子可不通过蛋白复合体，而是直接通过AOX传递给氧气生成水，降低了电子传递过程建立的跨膜H＋浓度梯度，使ATP的合成减少，释放的热能增多，使花的器官温度显著高于环境温度，即“开花生热现象”。 开花生热有利于花粉的成熟，也有利于散布花香吸引昆虫传粉。
2.无氧呼吸的调节
（1）巴斯德效应
供氧充分的条件下有氧呼吸会抑制糖酵解的进行，巴斯德效应实际上是糖酵解和有氧氧化间的一种调节。
（2）瓦堡效应
癌细胞生长很快，使得细胞经常处于一种缺氧状态，于是癌细胞就关闭了需要线粒体的有氧呼吸，能量主要通过葡萄糖的无氧酵解提供的。
（3）克勒勃屈利效应
在高浓度的葡萄糖和有氧条件下培养细胞时，细胞生长反而受到抑制，而且生成了乙醇（或乳酸），此效应也称葡萄糖效应，原因是在这些细胞中，糖酵解的酶系活性很强，而线粒体中有氧呼吸第三阶段的酶系活性较低。
3.腺苷酸能荷的调节
（1）细胞所处的能量状态用ATP、ADP和AMP（腺苷一磷酸）之间的关系式来表示，称为能荷。能荷＝（ATP＋1/2ADP）/（ATP＋ADP＋AMP）。
（2）呼吸控制不只决定于ATP或AMP的绝对数量，也决定于它们的相对浓度。当ATP/AMP比值很低时，表示能量贮存很少，能荷低，ATP合成反应加快；能荷变大时，合成反应就减慢。ATP利用反应则相反，能荷低时反应缓慢，能荷高时反应加快。因此，能荷是细胞中ATP合成反应和利用反应的调节因素。
1.（2024·山东临沂模拟）真核细胞有氧呼吸第三阶段电子传递的过程如下图所示（“e－”表示电子，“→”表示物质运输及方向）。有机物中的电子（e－）经UQ、蛋白复合体（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）传递给氧气生成水，电子传递过程中释放的能量用于建立膜两侧H＋浓度差，最终H＋经ATP 合成酶流入B侧并促使ATP 合成，此过程称为细胞色素途径。电子还可直接通过 AOX（交替氧化酶）传递给氧气生成水，大量能量以热能的形式释放，只能产生极少量 ATP，此途径称为 AOX途径。UCP（离子转运蛋白）可将H＋通过膜渗漏到线粒体基质中，从而降低膜两侧的H＋梯度，使能量以热能形式释放。下列叙述错误的是（ ）
A.图中的 ATP 合成酶具有催化和运输的功能
B.若Ⅲ、Ⅳ不能发挥作用，ATP 的生成效率将降低
C.图中所示膜结构为线粒体内膜，膜A 侧的pH 高于 B侧
D.消耗等量葡萄糖的情况下，若UCP 含量升高，热能的生成效率也升高
解析：C 据图所示，ATP合成酶的作用是催化ATP的合成，同时运输H＋，A正确；由题干信息可知，Ⅲ、Ⅳ的作用是建立膜两侧H＋浓度差，最终H＋经ATP 合成酶流入B侧并促使ATP 合成，若Ⅲ、Ⅳ不能发挥作用，ATP 的生成效率将降低，B正确；图中所示过程为有氧呼吸第三阶段，场所是线粒体内膜，Ⅲ、Ⅳ的作用是建立膜两侧H＋浓度差，使得A侧的H＋多于B侧，即膜A 侧的pH 低于 B侧，C错误；UCP（离子转运蛋白）可将H＋通过膜渗漏到线粒体基质中，从而降低膜两侧的H＋梯度，使能量以热能形式释放，因此消耗等量葡萄糖的情况下，若UCP 含量升高，热能的生成效率也升高，D正确。
2.（2024·河北张家口模拟）巴斯德发现氧气会抑制酵母菌的酒精发酵，即氧气可以降低糖类的分解代谢和减少糖酵解（糖酵解是指葡萄糖的分解，最终产物是丙酮酸）产物的积累，这种现象称为巴斯德效应。研究发现，ATP对糖酵解相关酶的活性有抑制作用，而ADP对其有激活作用。线粒体外膜和内膜因含有不同的蛋白质而对C3（丙酮酸）等物质的通透性差异较大。分析下图，有关说法错误的是（ ）
A.糖酵解过程在线粒体内完成
B.孔蛋白是一种通道蛋白，丙酮酸和H＋以协助扩散方式通过外膜
C.在H＋浓度梯度的驱动下，丙酮酸以主动运输的方式通过内膜
D.供氧充足时，细胞质基质中ATP/ADP增高对糖酵解速度有抑制作用
解析：A 糖酵解是指葡萄糖的分解，最终产物是丙酮酸，该过程在细胞质基质内完成，A错误；转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白，据图分析可知，孔蛋白是线粒体外膜上的通道蛋白，丙酮酸和H＋顺浓度梯度转运过程属于协助扩散，B正确；由于线粒体外膜和内膜因含有不同的蛋白质而对C3（丙酮酸）等物质的通透性差异较大，据图可知，在丙酮酸转运酶的参与下，H＋顺浓度梯度提供丙酮酸跨膜转运的能量，因此为主动运输，C正确；供氧充足的条件下，ATP对糖酵解相关酶的活性有抑制作用，即细胞质基质中ATP/ADP增高对糖酵解速度有抑制作用，D正确。
3.（2024·湖南邵阳模拟）能荷调节也称腺苷酸调节，指细胞通过调节ATP、ADP、AMP（腺苷一磷酸）两者或三者之间的比例来调节其代谢活动。计算公式为：能荷＝（ATP＋1/2ADP）/（ATP＋ADP＋AMP）。高能荷时，ATP生成过程被抑制，而ATP的利用过程被激发；低能荷时，其效应相反。能荷对代谢起着重要的调节作用。下列叙述错误的是（ ）
A.光合作用的光反应能提高能荷
B.Ca2＋的载体蛋白磷酸化的过程使能荷降低
C.人体不同细胞吸收葡萄糖的过程对能荷没有影响
D.氧含量可通过影响呼吸作用来影响能荷大小
解析：C 光合作用的光反应过程能产生ATP，光合作用的光反应能提高能荷，A正确；蛋白质磷酸化过程是一个吸能反应，Ca2＋的载体蛋白磷酸化的过程使能荷降低，B正确；除成熟红细胞外，人体其他细胞吸收葡萄糖的方式通常是主动运输，需要消耗能量，对能荷有影响，C错误；有氧呼吸需要消耗氧气，且产生能量，故氧含量可通过影响呼吸作用来影响能荷大小，D正确。
光系统与电子传递链
（2023·湖北高考8题）植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PS Ⅰ和PS Ⅱ光复合体，PS Ⅱ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PS Ⅱ光复合体上的蛋白质LHC Ⅱ，通过与PS Ⅱ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示）。LHC Ⅱ与PS Ⅱ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是（ ）
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PS Ⅱ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2＋含量减少会导致PS Ⅱ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHC Ⅱ与PS Ⅱ结合，不利于对光能的捕获
D.PS Ⅱ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
解析：C 据图可知，在强光下，PS Ⅱ与LHC Ⅱ分离，减弱PS Ⅱ光复合体对光能的捕获；在弱光下，PS Ⅱ与LHC Ⅱ结合，增强PS Ⅱ光复合体对光能的捕获。LHC Ⅱ和PS Ⅱ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，故叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体上PS Ⅱ光复合体与LHC Ⅱ结合增多，从而使PS Ⅱ光复合体对光能的捕获增强，A正确；镁是合成叶绿素的原料，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2＋含量减少，PS Ⅱ光复合体含有的光合色素含量降低，导致PS Ⅱ光复合体对光能的捕获减弱，B正确；弱光下PS Ⅱ光复合体与LHC Ⅱ结合，有利于对光能的捕获，C错误；类囊体膜上的PS Ⅱ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H＋、电子和O2，D正确。
1.光系统
（1）光系统是由叶绿素、类胡萝卜素和蛋白质组成的复合物，是进行光吸收的功能单位。光系统包括PS Ⅱ、PS Ⅰ两种类型。
（2）光系统包含两个部分：“天线”复合体和反应中心。“天线”复合体由几百个光色素分子组成，用于收集光子，以及将捕获的光能提供给反应中心；反应中心由特殊叶绿素分子、蛋白质分子等组成，叶绿素分子负责将能量传出光系统。
2.光反应与电子传递链
（1）光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2、H＋和自由电子（e－），电子（e－）经过电子传递链传递，最终介导还原型辅酶Ⅱ（NADPH）的产生。
（2）电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子（H＋）逆浓度从叶绿体基质侧泵入类囊体囊腔侧；光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子（H＋）；在叶绿体基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程消耗H＋。通过以上途径建立了质子浓度（电化学）梯度。
（3）类囊体膜对质子（H＋）是高度不通透的，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合酶顺浓度梯度流出，而ATP合酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。
4.（2024·福建福州模拟）小麦是我国最主要的粮食作物之一，其产量直接关系到国家的粮食安全。小麦的光反应过程包括多个反应，其中最重要的是发生在两种叶绿素蛋白质复合体（称为光系统Ⅰ和光系统Ⅱ）中的电子被光激发的反应，具体如下图。下列叙述不正确的是（ ）
A.叶绿素蛋白质复合体的作用是吸收、传递光能，并将光能直接转化为ATP和NADPH中的活跃化学能
B.光系统Ⅱ位于类囊体膜上，被光激发后逐渐释放能量，传递至类囊体膜上的光系统Ⅰ再次被光激发
C.光系统Ⅱ中丢失的电子由水中的电子补充，电子传递过程的最终受体为NADP＋
D.若降低周围环境的CO2浓度会导致单位时间内高能电子的产生量下降
解析：A 叶绿素蛋白质复合体的作用是吸收、传递和转化光能，据图可知，在光的作用下低能电子转变为高能电子，然后在电子传递过程中逐渐释放能量用于ATP和NADPH的合成，因此光能先转化为电能，再转化为ATP和NADPH中的活跃化学能，A错误；发生在光系统Ⅰ和光系统Ⅱ中的电子被光激发的反应是光反应过程中最为重要的，由此可知光系统Ⅰ和光系统Ⅱ均位于类囊体膜上，B正确；由图可知，光系统Ⅱ中丢失的电子由水中的电子补充，经光系统Ⅰ后电子最终与NADP＋结合生成NADPH，C正确；若降低周围环境的CO2浓度会导致暗反应速率减慢，单位时间内ATP和NADPH的消耗量减少，从而导致光反应速率下降，因此单位时间内高能电子的产生量下降，D正确。
5.（2024·甘肃张掖模拟）如图是叶绿体中进行的光反应示意图，类囊体膜上的光系统Ⅰ（PS Ⅰ）和光系统Ⅱ（PS Ⅱ）是色素和蛋白质复合体，可吸收光能进行电子传递，电子最终传递给NADP＋后与其反应生成NADPH。膜上的ATP合酶在顺浓度梯度运输H＋的同时催化ATP的合成。下列叙述正确的是（ ）
A.图中体现出的膜蛋白功能仅有催化及物质运输
B.若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中NADP＋减少，则图中电子传递速率会减慢
C.H＋由叶绿体基质进入类囊体腔的过程属于协助扩散
D.据图分析，O2产生后扩散到细胞外共需要穿过3层生物膜
解析：B 图中体现了膜蛋白的催化、物质运输、能量转换功能，A错误；若CO2浓度降低，生成的C3减少，暗反应消耗的NADPH减少，生成的NADP＋减少，则图中电子传递速率会减慢，B正确；ATP合酶顺浓度梯度运输H＋，则类囊体腔内H＋的浓度高于叶绿体基质，故H＋由叶绿体基质进入类囊体腔的过程属于主动运输，C错误；据图可知，O2产生后扩散到细胞外共需要穿过类囊体膜单层膜、叶绿体双层膜、细胞膜单层膜，共4层生物膜，D错误。
光合作用的产物和分配
（2024·安徽高考16题）为探究基因OsNAC对光合作用的影响，研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型（WT）、OsNAC敲除突变体（KO）及OsNAC过量表达株（OE），测定了灌浆期旗叶（位于植株最顶端）净光合速率和叶绿素含量，结果见下表。回答下列问题。
净光合速率（μmol·m－2·s－1） 叶绿素含量（mg·g－1）
WT 24.0 4.0
KO 20.3 3.2
OE 27.7 4.6
（1）旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖-1，5-二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3-磷酸甘油酸接受 ATP和NADPH 释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为 核酮糖-1，5-二磷酸和淀粉等 。
（2）与WT相比，实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的 减法原理 、 加法原理 （填科学方法）。
（3）据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率 增大 。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图。
结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：① 与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用 ；
② 与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物（蔗糖）向外运出，从而促进旗叶的光合作用速率 。
解析：（1）在光合作用的暗反应阶段，CO2被固定后形成的两个3-磷酸甘油酸（C3）分子，在有关酶的催化作用下，接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。随后在叶绿体基质中转化为核酮糖-1，5-二磷酸（C5）和淀粉等。（2）与某品种水稻的野生型（WT）相比，实验组KO为OsNAC敲除突变体，其设置采用了自变量控制中的减法原理；实验组OE为OsNAC过量表达株，其设置采用了自变量控制中的加法原理。（3）题图和表中信息显示：OE组的净光合速率、叶绿素含量、旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、单株产量都明显高于WT组和KO组，OE组蔗糖含量却低于WT组和KO组，说明OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大，究其原因：①与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用；②与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物（蔗糖）向外运出，从而促进旗叶的光合作用速率。
1.光合作用的产物有淀粉和蔗糖（必修1 P104“相关信息”）
光合作用的有机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。
2.淀粉和蔗糖的合成（以马铃薯为例）
（1）淀粉在叶绿体中合成
当卡尔文循环形成丙糖磷酸时，经过各种酶的催化，最后合成淀粉。
（2）蔗糖在细胞质中合成
叶绿体中形成的丙糖磷酸，通过磷酸转运体运送到细胞质，在各种酶的作用下，丙糖磷酸最后形成蔗糖。
6.（2024·江苏南通模拟）下图是叶绿体淀粉合成的调节过程示意图，光下磷酸转运器（TPT）活性受到限制。相关叙述错误的是（ ）
A.TPT分布在叶绿体内膜中，具有专一性和饱和性
B.白天光合速率快，叶绿体中3-磷酸甘油酸/Pi的比值低
C.细胞质基质中的Pi浓度降低时，丙糖磷酸运出叶绿体受抑制
D.白天叶绿体基质中有大量淀粉的合成
解析：B 叶绿体是双层膜结构，外膜的外面是细胞质基质，据图可知，TPT既能转运丙糖磷酸又能转运磷酸，具有专一性和饱和性，但位于叶绿体内膜上，A正确。白天，光合作用形成较多3-磷酸甘油酸，与ADPG焦磷酸化酶结合后，便催化形成淀粉，晚上光合磷酸化停止，积累在叶绿体里的Pi浓度便升高，便抑制淀粉形成，因此，白天或光照下3-磷酸甘油酸/Pi的比值高时，合成淀粉活跃；在夜晚或暗处则抑制淀粉合成，转而合成蔗糖，B错误。由图可知，TPT把细胞质基质中的Pi运入叶绿体的同时把丙糖磷酸运出叶绿体，Pi浓度降低，丙糖磷酸运出叶绿体受抑制，C正确。白天，光照较强，光下TPT活性受到限制，TPT不能将Pi（无机磷酸）运回叶绿体基质，不会抑制ADPG焦磷酸化酶活性，从而促进淀粉的合成，因此白天叶绿体基质中有大量淀粉的合成，D正确。
7.（2024·天津和平模拟）淀粉和蔗糖是绿色叶片光合作用的两个主要末端产物。蔗糖是光合产物从叶片向各器官移动的主要形式，淀粉是一种暂贮形式。光合作用中淀粉和蔗糖生物合成的两条途径会竞争底物，磷酸丙糖（TP）是两种碳水化合物合成的共同原料，是竞争对象。磷酸转运器（TPT）能将卡尔文循环产生的TP不断运到叶绿体外，同时将释放的Pi（无机磷酸）运回叶绿体基质，运输过程如下图。Pi在叶片淀粉和蔗糖间分配的调节中起着关键作用，当细胞质基质中的Pi浓度低时，就限制TP从叶绿体运出，这就促使淀粉在叶绿体基质中形成。相反，细胞质基质中Pi的浓度高时，叶绿体的TP与细胞质基质的Pi交换，输出到细胞质基质合成蔗糖。回答下列问题。
（1）光合作用中光反应的场所是 类囊体薄膜 ；暗反应的卡尔文循环中，与CO2结合的物质是 C5 。
（2）研究发现用专一抑制剂抑制小麦的TPT使其失去运输能力，可使叶绿体内淀粉合成增加14倍，但同时会导致光合作用整体速率降低。据图分析，叶绿体内淀粉合成增加的原因是 TPT被抑制，TP从叶绿体输出受阻，TP在叶绿体基质中合成淀粉 ；叶绿体中淀粉增加，光合作用产物积累 抑制 （填“促进”或“抑制”）了光合作用进行。
（3）TPT的运输严格遵循1∶1反向交换的原则，即一分子物质运入，另一分子物质以相反的方向运出。将离体的叶绿体悬浮于介质中，并给予正常光照和饱和CO2，若介质中Pi浓度很低，则该悬浮叶绿体中淀粉的合成会显著 增加 （填“增加”或“减少”）。
（4）小麦经过光合作用后，叶片淀粉含量很少，蔗糖积累较多，此时有利于小麦的生长和产量提高。在农业生产上，尤其是小麦灌浆期，可以采取适当 增加 （填“增加”或“减少”）施用磷肥提高小麦产量。
解析：（1）光反应的场所在叶绿体类囊体薄膜；卡尔文循环中与CO2结合的物质是C5。（2）TPT可以将磷酸丙糖运出叶绿体，如果用抑制剂抑制小麦的TPT，则磷酸丙糖被留在叶绿体内，合成淀粉，但由于淀粉增加，抑制了光合作用的进行。所以淀粉合成增加的原因是TPT被抑制，TP从叶绿体输出受阻，TP在叶绿体基质中合成淀粉，而光合作用整体速率降低的原因是叶绿体中淀粉大量积累不能及时运出，光合产物的积累抑制了光合作用的进行。（3）细胞质基质中Pi浓度很低，则运出叶绿体的磷酸丙糖减少，所以该悬浮叶绿体中淀粉的合成会显著增加。（4）在小麦灌浆期，通过增加磷肥的含量，再借助磷酸转运器的作用，将更多的磷酸运入叶绿体，同时将磷酸丙糖运出叶绿体，合成蔗糖，促进光合作用的进行，有利于小麦的生长和产量提高。
突破点2 细胞呼吸与光合作用的特殊途径
二氧化碳浓缩的三种途径
（2023·湖南高考17题，节选）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）在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度 高于 （填“高于”或“低于”）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 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，使维管束鞘细胞内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸 （答出三点即可）。
（2）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 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 （答出三点即可）。
解析：（1）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的亲和力高，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通过维管组织及时转移出细胞。（2）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。
1.C4植物的CO2浓缩机制
C4植物（如玉米）的叶片结构和光合作用过程
（1）叶肉细胞中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。
（2）维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物。
（3）C4植物的CO2补偿点低，光合午休小的原因：
①PEP羧化酶对CO2有很高的亲和力，气孔关闭时，仍然能够利用极低浓度的CO2。
②玉米已先通过C4途径把CO2储存起来形成C4，气孔关闭时，C4分解产生CO2，用于光合作用，所以气孔关闭对玉米影响不大。
2.蓝细菌的CO2浓缩机制
蓝细菌具有CO2浓缩机制，如下图所示。
注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。
3.景天科植物的CO2固定
景天科酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式，在夜间，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。在白天，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，作用机制如图所示（该机制也称CAM途径）。
1.研究发现，玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环（固定CO2的初产物为C3，简称C3途径）外，还有另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物为C4，简称C4途径，这种植物为C4植物，其固定CO2的途径如图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍。下列有关叙述错误的是（ ）
A.图中CO2进入叶肉细胞被固定的初产物是草酰乙酸
B.高温条件下，C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭
C.低浓度CO2条件下，C4植物可能比C3植物生长得好
D.苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞
解析：B 图中CO2进入叶肉细胞后，与磷酸烯醇式丙酮酸结合，生成草酰乙酸，A正确；高温条件下，C4植物光合效率高的原因是C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco酶，故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用，B错误；低浓度CO2条件下，C4植物能够利用低浓度的CO2进行光合作用，C3植物则不能，因此该条件下C4植物可能比C3植物生长得好，C正确；由图可知，苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞，D正确。
2.高温干旱环境中生长的景天科植物，黑暗条件下气孔打开，吸收CO2生成苹果酸并储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用。为验证仙人掌在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式，取生长状态相同的仙人掌若干株随机均分为两组，在相同且适宜条件下进行不同处理，下列分析错误的是（ ）
A.一组在湿度适宜的环境培养，另一组在干旱环境中培养
B.干旱环境中，黑暗条件下液泡中因储存较多苹果酸，使细胞液pH下降
C.分别测定两组仙人掌夜晚同一时间液泡中的pH，并计算每组平均值
D.预期湿度适宜组的pH平均值低于干旱处理组的pH平均值
解析：D 该实验是为了验证仙人掌在干旱环境中存在的特殊的CO2固定方式，因此需要把干旱和湿度适宜的环境中CO2的固定方式进行对比，A正确；干旱时，黑暗条件下苹果酸在液泡中储存，使细胞液pH下降，B正确；景天科植物特殊的CO2固定方式是夜间吸收CO2生成苹果酸并储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用，因此需要通过测定两组仙人掌夜晚同一时间液泡中的pH，以此来确定仙人掌是否存在特殊的CO2固定方式，C正确；干旱环境中，黑暗条件下液泡中因储存较多苹果酸，使pH下降，所以，预期湿度适宜组的pH平均值会高于干旱处理组的pH平均值，D错误。
3.（2024·河南驻马店模拟）水体中的HC含量比CO2含量高，水生藻类常面临CO2供应不足的情况。水生藻类在进化历程中演化形成了多种CO2浓缩机制，保证光合作用正常进行，以提高竞争优势。某些蓝细菌运输和浓缩CO2的过程如图所示。回答下列问题：
（1）HC通过BCT1进入蓝细菌细胞的运输方式是 主动运输 ，判断依据是 此运输过程需要载体蛋白且消耗ATP 。
（2）羧化体的蛋白质外壳有选择透过性，对CO2的通透性低，碳酸酐酶能催化HC转化为CO2。CO2在羧化体内生成C3的反应被称为 CO2的固定 。C3移出羧化体后被还原需要具备光照条件，原因是 蓝细菌进行光反应，为C3的还原提供ATP和NADPH 。
（3）分析图可知，蓝细菌通过 碳酸酐酶催化HC转化为CO2、BCT1和CO2泵主动运输HC和CO2、羧化体对CO2的通透性低 （答出2点）等机制来浓缩CO2，保证CO2的供应以维持光合作用的正常进行。
解析：（1）HC通过BCT1进入蓝细菌细胞需要借助载体蛋白和消耗能量，因此运输方式为主动运输。（2）CO2在羧化体内生成C3反应被称为CO2的固定。C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，而光反应在光照条件下才能进行。（3）分析图可知，蓝细菌通过碳酸酐酶催化HC转化为CO2、BCT1和CO2泵主动运输HC和CO2、羧化体对CO2的通透性低等机制来浓缩CO2。
光呼吸与光抑制
（2024·吉林高考21题）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主要物质变化如图1。
在叶绿体中：C5＋CO22C3 ①
C5＋O2C3＋C2 ②
在线粒体中：2C2＋NAD＋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 CO2的固定 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 细胞质基质 和 线粒体基质 。
（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。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自 有氧呼吸 和 光呼吸 （填生理过程）。7～10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是 7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程 。
据图3中的数据 不能 （填“能”或“不能”）计算出株系1的总光合速率，理由是 总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由图示不能得出株系1的呼吸速率，故不能计算出其总光合速率 。
（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 相同光照强度和CO2浓度下，株系1的净光合速率较高，积累有机物较多 。
解析：（1）反应①C5和CO2在酶R的作用下生成C3，是CO2的固定过程。（2）有氧呼吸的第一阶段和第二阶段产生NADH，场所分别为细胞质基质和线粒体基质。（3）由图1可知，光呼吸过程也可以产生CO2；结合教材知识可知，有氧呼吸第二阶段也可以产生CO2，故图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸和有氧呼吸。根据题中信息“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”推测，7～10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异是株系1和2与WT的光呼吸速率存在差异导致的，再结合题干信息“光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程”推测，7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，从而导致株系1和2的净光合速率增强。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，根据图3无法推出株系1的呼吸速率，故据图3中的数据不能计算出株系1的总光合速率。（4）由图2和图3可以看出，在相同光照强度和CO2浓度下，与株系2相比，株系1的净光合速率较高，积累的有机物较多，产量可能更具优势。
1.光呼吸
（1）光呼吸简要过程
RuBP羧化酶是双功能酶，既可催化C5与CO2的固定（羧化），又可催化C5与O2（加氧）的反应，其催化方向取决于CO2/O2的比值：
①比值增大，羧化反应增强，进行光合作用；
②比值减小，加氧反应增强，进入C2途径。因此，高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。
（2）光呼吸的有利影响——减少光抑制
在高光强、高温、干旱环境下，植物气孔关闭，CO2不能进入叶肉细胞，会导致光抑制。此时，植物的光呼吸释放CO2，消耗多余的ATP和NADPH，减少活性氧的产生，对光合器官起保护作用。
2.光抑制与光保护
光能超过光合系统所能利用的量时，光合生物会启动自我保护机制，光合功能下降，这就是光抑制现象。光抑制现象主要发生在PS Ⅱ系统。光抑制的发生及光保护的三道防线如下图所示：
4.（2024·广东肇庆二模）大豆、玉米等植物的叶绿体中存在一种名为Rubisco的酶，参与卡尔文循环和光呼吸。在较强光照下，Rubisco以五碳化合物（RuBP）为底物，在CO2/O2值高时，使RuBP结合CO2发生羧化；在CO2/O2值低时，使RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸，具体过程如下图所示。下列有关说法正确的是（ ）
A.大豆、玉米等植物的叶片中消耗O2的场所有叶绿体、线粒体
B.光呼吸发生在叶肉细胞的细胞质基质和叶绿体中
C.有氧呼吸和光呼吸均产生ATP
D.干旱、晴朗的中午，叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会降低
解析：A 玉米、大豆叶片中通过有氧呼吸消耗氧气的场所是线粒体内膜，通过光呼吸消耗氧气的场所在叶绿体基质，A正确；在较强光照下，Rubisco以五碳化合物（RuBP）为底物，在CO2/O2值高时，使RuBP结合CO2发生羧化；在CO2/O2值低时，使RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸，由以上可知，光呼吸和卡尔文循环发生场所一致，在叶绿体基质进行，B错误；由图可知，在CO2/O2的值低时，RuBP结合氧气发生光呼吸，光呼吸会消耗多余的ATP、NADPH，C错误；干旱、晴朗的中午，胞间CO2浓度会降低，叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会增强，D错误。
5.（2024·江苏南通三模）拟南芥在强光下产生电子过多，导致活性氧积累加快细胞凋亡引发萎黄病。研究表明C37蛋白能够在强光下影响Cb6/f复合体的活性，作用机理如下图所示。光系统Ⅰ和Ⅱ是完成光反应必需的，光反应过程中光合电子传递包括线性电子传递和环式电子传递。请分析回答：
（1）类囊体膜上光合色素与 蛋白质 形成的复合体可吸收、传递、转化光能。强光下该反应中的电子积累导致活性氧增加，此时CO2供应不足还会引起植物发生损耗能量的 光呼吸 过程。
（2）在光照条件下，PS Ⅱ吸收光能产生高能电子，PS Ⅱ中部分叶绿素a失去电子转化为 强氧化剂 （填“强还原剂”或“强氧化剂”），再从 H2O 中夺取电子引起O2释放。
（3）在 线性电子传递 （填“线性电子传递”或“环式电子传递”）中，电子经PS Ⅱ、Cb6/f和PS Ⅰ最终与 H＋、NADP＋ 结合生成NADPH，同时产生ATP共同参与 C3的还原 过程。
（4）研究表明，缺失C37蛋白的拟南芥，在强光下更容易得萎黄病。你认为C37蛋白在抵御强光胁迫，避免细胞凋亡中的作用是 提高Cb6/f复合体的活性（效率），避免电子积累，从而减少活性氧的产生，避免细胞凋亡 。
（5）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对PS Ⅱ复合体造成损伤。细胞可通过非光化学淬灭（NPQ）减少多余光能对PS Ⅱ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：①修复损伤的PS Ⅱ；②参与NPQ的调节。科研人员以野生型拟南芥和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如下图所示。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PS Ⅱ均造成了损伤。
①该实验的自变量为 光照、H蛋白 ，两组实验应在 CO2浓度、温度等 一致的环境条件下进行。
②若测得突变体的光合作用强度高于野生型，结合上图分析，推测其原因可能是 突变体的NPQ强度更大，NPQ减少PS Ⅱ损伤的功能强于H蛋白的修复功能 。
解析：（1）光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，膜上蛋白与光合色素形成的复合体，能够吸收、传递、转化光能。强光下该反应中的电子积累导致活性氧增加，此时CO2供应不足还会引起植物发生损耗能量的光呼吸过程。（2）在光照条件下，PS Ⅱ中部分叶绿素a会失去电子转化为强氧化剂从水中夺取电子，即水分解为氧和H＋、电子，引起O2释放。（3）由图可知，在线性电子传递中，电子经PS Ⅱ、Cb6/f和PS Ⅰ最终与H＋、NADP＋结合生成NADPH，同时产生ATP共同参与暗反应中C3的还原过程。（4）研究表明，缺失C37蛋白的拟南芥，在强光下更容易得萎黄病，由题干知C37蛋白能够在强光下影响Cb6/f复合体的活性，所以推测C37蛋白在抵御强光胁迫，避免细胞凋亡中的作用是提高Cb6/f复合体的活性（效率），避免电子积累，从而减少活性氧的产生，避免细胞凋亡。（5）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；两组实验应在无关变量一致的环境条件下进行，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CO2浓度、温度、水分等。②据图分析，强光照射下突变体中NPQ相对值高，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，也就是说突变体的NPQ强度大，能够减少强光对PS Ⅱ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PS Ⅱ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，从而导致突变体的光合作用强度高于野生型。
突破点3 光合作用的影响因素与农业生产
气孔导度与光合作用
（2024·湖北高考21题）气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小，控制CO2进入和水分的散失，影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料，研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理（图1）。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种，但对应关系未知。研究者利用野生型（wt）、ht1基因功能缺失突变体（h）、rhc1基因功能缺失突变体（r）和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体（h/r），进行了相关实验，结果如图2所示。
回答下列问题：
（1）保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致保卫细胞 失水 （填“吸水”或“失水”），引起气孔关闭，进而使植物光合作用速率 减小 （填“增大”或“不变”或“减小”）。
（2）图2中的wt组和r组对比，说明高浓度CO2时rhc1基因产物 促进 （填“促进”或“抑制”）气孔关闭。
（3）由图1可知，短暂干旱环境中，植物体内脱落酸含量上升，这对植物的积极意义是 脱落酸含量升高可促进气孔关闭，从而减少蒸腾作用，保存植物体内水分，使植物能够在干旱环境中生存 。
（4）根据实验结果判断：编码蛋白甲的基因是 rhc1 （填“ht1”或“rhc1”）。
解析：（1）保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致细胞液的渗透压降低，保卫细胞失水，引起气孔关闭。气孔关闭后，叶肉细胞CO2吸收减少，植物光合作用速率减小。（2）r是rhc1基因功能缺失突变体，即缺少rhc1基因产物，wt能正常表达rhc1基因产物。分析图2，高浓度CO2时，wt组气孔开放度低于r组，说明高浓度CO2时rhc1基因产物能促进气孔关闭。（3）短暂干旱条件下，植物体内脱落酸含量升高，促进气孔关闭，能够减少蒸腾作用，保存植物体内水分，使植物能够在干旱条件下生存。（4）分析图2可知，高浓度CO2时，r组气孔开放度高于wt组、h组和h/r组，结合图1分析，高浓度CO2时，植物体经过一系列调控机制最终使气孔关闭。r是rhc1基因功能缺失突变体，高浓度CO2时，r组气孔开放度高，说明缺失rhc1基因编码的蛋白质不能引起气孔关闭。由此推测，rhc1基因编码的是蛋白甲。
1.气孔的开闭与影响气孔开闭的因素
（1）气孔开闭运动的关键在于保卫细胞吸水膨胀变化。当液泡内溶质增多，细胞渗透压上升，吸收邻近细胞的水分而膨胀，这时较薄的外壁易于伸长，细胞向外弯曲，气孔就张开。反之，气孔关闭。
（2）影响气孔开闭的因素
①光：在一般情况下，白天打开气孔进行光合作用，晚上通过关闭气孔来减少水分损失。
②CO2：低浓度时促进气孔开放，高浓度时不管在光照或黑暗条件下都能促进气孔关闭。
③含水量：干旱或蒸腾过强失水多，导致气孔关闭。
④植物激素：细胞分裂素促进气孔开放，而脱落酸却引起气孔关闭。
⑤温度：气孔开度一般随温度的上升而增大，可以通过加强蒸腾作用降低植物体温，是植物抗热的保护机制。在30～50 ℃时，气孔开度最大。
2.气孔导度对细胞代谢的影响
通常认为在自然环境条件下光合作用降低的原因包括两个方面，一方面是由于气孔导度的限制引起，称为气孔限制；另一方面是由于在高光照条件下吸收过量的光能无法及时利用而发生光抑制，称为非气孔限制。
1.（2024·湖北武汉二模）气孔导度（植物叶片气孔张开的程度）受CO2浓度、光照强度、温度等多种环境因素的影响，其也会影响植物光合作用、蒸腾作用等生命活动。研究人员测量某植物在不同CO2浓度和光照强度下的气孔导度，绘制出如下立体图。下列叙述正确的是（ ）
A.气孔导度达到最大时，植物的光合作用强度将达到最大
B.CO2浓度为170 ppm时，适当提高光照强度会增加气孔导度
C.当光照强度为0时，气孔导度不受CO2浓度增加的影响
D.CO2浓度和光照强度均不变时，气孔导度也不会发生改变
解析：B 由图可知，气孔导度随着CO2浓度的升高而降低，气孔导度达到最大时，CO2浓度较低，植物的光合作用强度不一定最大，A错误；由图可知，当CO2浓度为170 ppm时，适当提高光照强度会增加气孔导度，B正确；当光照强度为0、CO2浓度小于170 ppm时，气孔导度随CO2浓度减小而增加，C错误；气孔导度受CO2浓度、光照强度、温度等多种环境因素的影响，当CO2浓度和光照强度均不变时，气孔导度也会发生改变，D错误。
2.（2024·江西模拟）净光合速率是植物光合作用积累有机物的速率，下图表示水分或盐胁迫下使某种植物净光合速率降低的因子。下列叙述正确的是（ ）
A.图中A、B分别是气孔、非气孔限制，长时间存在A、B限制时，叶绿体的C3含量比C5高
B.存在A限制时，若气孔导度进一步下降、净光合速率下降，则胞间CO2浓度下降
C.存在B限制时，若气孔导度下降、净光合速率下降，则胞间CO2浓度上升
D.同时存在A、B限制时，若气孔导度上升、净光合速率下降，则胞间CO2浓度下降
解析：A A是因为气孔导度下降影响了植物获得的CO2量，进而影响暗反应，导致净光合速率下降，这是气孔限制；而C5羧化酶活性降低，C5再生能力降低，影响了暗反应的CO2固定，也会影响净光合速率，这属于非气孔限制，所以导致光合作用降低的因子可分为气孔限制和非气孔限制两个方面，图中A、B分别是气孔限制、非气孔限制。长时间存在A、B限制时，叶绿体的C3含量是C5的两倍，A正确；A是气孔限制，由于气孔导度下降会使胞间CO2浓度下降，净光合速率下降，B错误；B限制是非气孔限制的结果，气孔导度下降、净光合速率下降，则胞间CO2浓度无法确定，C错误；由于气孔导度下降会使胞间CO2浓度下降，净光合速率下降会使胞间CO2浓度上升。B限制时胞间CO2浓度上升与净光合速率下降引起的结果相同，所以情况B限制是非气孔限制的结果。在A限制和B限制基础上测得某植物叶片在某段时间内出现第三种情况，如气孔导度上升、净光合速率下降，此时胞间CO2浓度上升与气孔导度上升和净光合速率下降引起的结果相同，所以既存在气孔限制也存在非气孔限制，若气孔导度上升、净光合速率下降，则胞间CO2浓度上升，D错误。
3.（2024·四川模拟）干旱等外界胁迫会导致农作物（如玉米）光合作用降低，限制因子可分为气孔限制和非气孔限制。气孔限制是由于气孔导度的限制使胞间CO2浓度不能满足光合作用的现象，气孔限制值用Ls表示，Ls＝1－Ci/Ca（Ci为胞间CO2浓度，Ca为大气CO2浓度）；非气孔限制是指引起叶绿体类囊体膜损伤、有关酶活性降低或光合色素减少等导致光合作用减弱的因素。请分析回答：
（1）绿色植物光合作用固定CO2的过程发生的场所是 叶绿体基质 ，该过程必需的物质条件除CO2外，还有 C5、酶 。
（2）光补偿点是指植物光合速率与呼吸速率相等时的光照强度值。在轻度干旱胁迫下，植物气孔导度有所降低，植物的光补偿点会 升高 （填“升高”或“降低”）；在重度干旱胁迫下，玉米幼苗叶片逐渐变黄，且Ls呈逐渐减小趋势，请分析其中的原因是 在重度干旱胁迫下，玉米幼苗叶绿体类囊体膜损伤，光合色素减少，尤其是叶绿素减少，使得光反应速率下降，影响暗反应对CO2的吸收，使Ci增多，Ci/Ca比例增大，Ls逐渐减小 。
解析：（1）绿色植物光合作用固定CO2的过程属于暗反应的一个过程，发生在叶绿体基质，该过程必需的物质条件除CO2外，还有C5和酶。（2）光补偿点是指植物光合速率与呼吸速率相等时的光照强度值，在轻度干旱胁迫下，植物气孔导度有所降低，植物吸收二氧化碳减少，光合速率降低，需要吸收更多的光才能达到与呼吸速率相等的光合速率，故植物的光补偿点会升高；在重度干旱胁迫下，玉米幼苗叶片逐渐变黄，且Ls呈逐渐减小趋势，结合题干，可能原因是在重度干旱胁迫下，玉米幼苗叶绿体类囊体膜损伤，光合色素减少，尤其是叶绿素减少，使得光反应速率下降，影响暗反应对CO2的吸收，使Ci增多，Ci/Ca比例增大，Ls逐渐减小。
环境胁迫对光合作用的影响及应用
1.（2023·湖北高考11题）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
解析：D 呼吸作用的最适温度高于光合作用，气温升高，植物呼吸作用增强，消耗的有机物增多，造成作物减产，A正确；温度升高，可能导致光合作用相关酶的活性降低，光合作用强度减弱，有机物合成减少，B正确；温度升高，蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫，从而影响正常的生命活动，造成减产，C正确；据题干信息可知，高温使叶片变黄、变褐，推测高温导致叶绿素降解，光反应产生的NADPH和ATP减少，NADH在细胞呼吸过程中产生，D错误。
2.（2024·新课标卷2题）干旱缺水条件下，植物可通过减小气孔开度减少水分散失。下列叙述错误的是（ ）
A.叶片萎蔫时叶片中脱落酸的含量会降低
B.干旱缺水时进入叶肉细胞的CO2会减少
C.植物细胞失水时胞内结合水与自由水比值增大
D.干旱缺水不利于植物对营养物质的吸收和运输
解析：A 脱落酸的主要合成部位为根冠、萎蔫的叶片等，叶片萎蔫时叶片中脱落酸的含量会升高，A错误。干旱缺水时，气孔部分关闭，从而导致进入叶肉细胞的CO2减少，B正确。植物细胞失水时主要丢失的是自由水，从而导致细胞内结合水与自由水比值增大，C正确。水在生物体内的流动可以把营养物质运送到各个细胞，同时也把各个细胞在新陈代谢中产生的废物运送到排泄器官或者直接排出体外。干旱缺水不利于植物对营养物质的吸收和运输，D正确。
1.胁迫（逆境）对光合作用的影响
（1）胁迫可分为生物胁迫和非生物胁迫两大类。非生物胁迫主要有水分（干旱和淹涝）、温度（高温和低温）、盐碱、环境污染等理化逆境，生物胁迫主要包括病害、虫害、杂草等。
（2）非生物胁迫的主要类型
类型 影响原理 主要表现
光照 主要指不合乎植物生长要求的光照强度和光质条件，通过影响光反应来影响农作物的光合作用 影响植物叶绿素的合成；对类囊体膜造成损伤
CO2 CO2是光合作用的反应物，低于CO2补偿点的CO2浓度会通过影响暗反应速率而影响光合作用强度 光合作用原料CO2不足导致暗反应速率下降
温度 低温逆境和高温逆境，主要通过影响酶的活性和气孔开放程度来影响光合作用 叶绿体的结构和酶的功能受到破坏；引起气孔关闭，影响CO2的吸收
类型 影响原理 主要表现
水分 水分胁迫包括干旱和水淹两种情况。干旱时气孔关闭，影响CO2吸收而影响暗反应，进而影响光合作用；农作物被水淹时，根细胞进行无氧呼吸产生酒精，对细胞造成毒害
无机盐 矿质营养对光合作用的影响主要包括：①影响叶绿体中物质和结构的形成，如叶绿素（Mg2＋）；②盐胁迫影响根系吸水，进而影响气孔开放程度；③重金属盐会影响叶绿素的合成和光合作用有关酶的活性
2.传统农业生产模式及应用
4.（2024·贵州安顺模拟）都匀毛尖色泽翠绿，外形匀整，条索卷曲，是中国十大名茶之一，具有抗氧化、抗辐射、抗衰老、清热解毒的功效。科研人员为研究干旱胁迫对都匀茶苗光合速率的影响，进行了一系列的实验，结果如下表所示。下列有关叙述错误的是（ ）
组别 处理 叶绿素含量/（mg·g－1） O2释放速率/（μmol·m－2·s－1）
甲 未胁迫 6.68 8.79
乙 轻度胁迫 4.63 3.01
丙 中度胁迫 2.27 －0.27
丁 重度胁迫 1.63 －0.87
A.都匀毛尖色泽翠绿与叶绿素未被氧化有关
B.乙组O2释放速率减慢与叶绿素含量减少有关
C.中度胁迫和重度胁迫下茶苗光合作用速率小于零
D.实验表明干旱胁迫是通过影响叶绿素的含量影响光合速率
解析：C 由题意可知，都匀毛尖色泽翠绿，具有抗氧化的功效，可见都匀毛尖色泽翠绿与叶绿素未被氧化有关，A正确；由题表可知，与对照组相比，随着干旱胁迫程度的增加叶绿素含量逐渐下降，O2释放速率逐渐减慢，因此乙组O2释放速率减慢与叶绿素含量减少有关，B正确；中度胁迫和重度胁迫下茶苗的叶绿素含量低，光合作用速率小于呼吸作用速率，但不小于零，C错误；由题表可知，与对照组相比，随着干旱胁迫程度的增加叶绿素含量逐渐下降，O2释放速率逐渐减慢，光合速率减慢，表明干旱胁迫是通过影响叶绿素的含量影响光合速率，D正确。
5.（2024·湖南衡阳模拟）在作物生长过程中，常会遇到生物胁迫和非生物胁迫。科研人员研究了干旱胁迫、烟草花叶病毒胁迫对烟草幼苗净光合速率的影响，得到如图甲所示实验结果；研究了干旱胁迫下添加水、烟草花叶病毒胁迫下添加宁南霉素处理对恢复期烟草幼苗净光合速率的影响，结果如图乙所示。
（1）植物的光合作用是将 水和二氧化碳 转变为有机化合物并释放出氧气的过程，分析图甲，干旱胁迫能降低烟草幼苗的净光合速率，主要原因可能是 干旱导致叶片的气孔开放程度降低，使烟草幼苗吸收的CO2减少 。
（2）对比图甲、图乙结果，可以得出恢复期 E 组烟草幼苗的净光合速率恢复程度最大；宁南霉素的作用可能是 减少烟草花叶病毒对烟草幼苗的侵害 。
（3）与干旱胁迫相比，烟草花叶病毒胁迫下，烟草幼苗含有的有机物的量 较少 （填“较多”“较少”或“基本相等”），依据是 图甲中，烟草花叶病毒胁迫下，烟草幼苗的净光合速率小于干旱胁迫下的 。
（4）研究表明，长时间处于干旱土壤中的烟草幼苗，重新种回湿润土壤中，烟草幼苗的光合速率反而降低。请设计实验进行验证，简要写出实验思路： 将长时间处于干旱土壤中的烟草幼苗均分为两组，一组移栽到湿润土壤中种植，另一组在原条件下继续种植，间隔相同时间后分别测定并比较二者的光合速率大小 。
解析：（1）光合作用是将水和二氧化碳转变为有机化合物并释放出氧气的过程；分析图甲：与对照组相比，其他组的净光合速率都下降；干旱胁迫能降低净光合速率的原因可能是干旱导致叶片的气孔开放程度降低，使烟草幼苗吸收的CO2减少。（2）对比图甲、图乙结果，恢复期E组即干旱胁迫后加水组的烟草幼苗的净光合速率恢复程度最大；图乙中有烟草花叶病毒胁迫的两组加宁南霉素处理，即F组和E&F；通过比较这两组，可知宁南霉素的作用可能是减少烟草花叶病毒对烟草幼苗的侵害。（3）分析图甲实验结果可知，烟草花叶病毒胁迫下，烟草幼苗的净光合速率小于干旱胁迫下的，即与干旱胁迫相比，烟草花叶病毒胁迫下的烟草幼苗含有的有机物的量较少。（4）实验目的是验证长时间处于干旱土壤中的烟草幼苗，重新种回湿润土壤中，烟草幼苗的光合速率反而降低。实验需要遵循对照原则，控制无关变量原则、单一变量原则等；实验思路为：将长时间处于干旱土壤中的烟草幼苗均分为两组，一组移栽到湿润土壤中种植，另一组在原条件下继续种植，间隔相同时间后分别测定并比较二者的光合速率大小。
一、选择题
1.（2024·广东深圳二模）柠檬酸循环是指在多种酶的作用下，丙酮酸被激活最终产生二氧化碳的过程。下列有关柠檬酸循环的叙述正确的是（ ）
A.在线粒体的内膜上进行
B.没有还原型辅酶Ⅰ产生
C.反应过程需要消耗氧气
D.释放的能量主要是热能
解析：D 根据题意，“丙酮酸被激活最终产生二氧化碳”属于有氧呼吸第二阶段的反应，不需要氧气参与，发生在线粒体基质，有还原型辅酶Ⅰ产生，释放的能量主要是热能，少部分用于合成ATP，A、B、C错误，D正确。
2.（2024·江苏盐城模拟）氧化型辅酶Ⅰ（NAD＋）是参与细胞呼吸重要的物质，线粒体内膜上的MCART1蛋白能转运NAD＋进入线粒体。下列叙述正确的是（ ）
A.NAD＋可在线粒体基质中转化为NADH
B.MCART1基因只在骨骼肌细胞中特异性表达
C.MCART1蛋白异常导致细胞无法产生ATP
D.NAD＋和MCART1蛋白的元素组成相同
解析：A 细胞呼吸过程中葡萄糖和水分子产生的氢与NAD＋结合生成还原型辅酶Ⅰ（NADH），那么NAD＋发挥作用的场所是在细胞质基质和线粒体基质，A正确；线粒体内膜上的MCART1蛋白能转运NAD＋进入线粒体，说明MCART1基因能在具有线粒体的细胞中特异性表达，不只是骨骼肌细胞，B错误；MCART1蛋白异常，不能转运NAD＋进入线粒体，但细胞质基质依然可以进行细胞呼吸产生ATP，C错误；氧化型辅酶Ⅰ元素组成有C、H、O、N、P，MCART1是蛋白质，元素组成主要有C、H、O、N，还可能含有S，D错误。
3.（2024·重庆荣昌模拟）细胞呼吸的原理在生活和生产中得到了广泛的应用。下列说法错误的是（ ）
A.中耕松土：促进根细胞有氧呼吸，利于根系吸收无机盐
B.睡前刷牙：抑制细菌无氧呼吸产生大量酸性物质侵蚀牙齿
C.保存果蔬：在低温、低氧条件下降低细胞呼吸强度，减少有机物消耗
D.稻田定期排水：避免水稻根细胞长时间无氧呼吸，产生乳酸导致烂根
解析：D 中耕松土：增加土壤中氧气的含量，促进根细胞有氧呼吸，为矿质元素吸收供应能量，利于根系吸收无机盐，A正确；睡前刷牙：增加口腔内氧气的含量，可抑制细菌无氧呼吸产生大量酸性物质侵蚀牙齿，B正确；在低温、低氧条件下细胞呼吸有关酶的活性降低，从而降低细胞呼吸强度，减少有机物消耗，C正确；水稻根细胞无氧呼吸产生的是酒精和CO2，不产生乳酸，D错误。
4.（2024·河北沧州三模）水淹胁迫能抑制植物的有氧呼吸，某植物经糖酵解过程分解葡萄糖产生丙酮酸。丙酮酸进一步转化成乙醇和乳酸响应水淹胁迫。下列叙述正确的是（ ）
A.糖酵解发生在线粒体基质中，该过程有ATP产生
B.糖酵解过程产生的大量[H]可与O2结合生成H2O
C.糖酵解过程中葡萄糖的能量大部分存留在乳酸中
D.长时间水淹会导致该植物吸收无机盐的能力下降
解析：D 糖酵解是呼吸作用第一阶段，发生在细胞质基质中，A错误；糖酵解是呼吸作用第一阶段，该过程产生的[H]较少，B错误；丙酮酸分解为乳酸的过程是无氧呼吸第二阶段，不属于糖酵解，C错误；长时间水淹会导致有氧呼吸过程受阻，能量产生减少，导致该植物吸收无机盐的能力下降，D正确。
5.（2024·辽宁沈阳三模）将新疆的哈密瓜引种到南方地区，为尽量保持其原有的产量和甜味，所采用的措施不包括（ ）
A.适当延长光照时间
B.采用一定的紫外线和红外线照射
C.适当增加昼夜温差
D.适当增加光照强度
解析：B 适当延长光照时间可以提高光合作用速率，有助于提高农作物的产量，可以达到目的，A不符合题意；采用一定的紫外线和红外线照射不能起到提高光合速率的作用，因为紫外线和红外线不是可见光，不能被植物吸收，因而不能达到目的，B符合题意；适当增加昼夜温差将减少呼吸作用消耗的有机物，有利于有机物的积累，从而提高产量，达到目的，C不符合题意；适当增加光照强度可以提高光合作用速率，有助于提高农作物的产量，可以达到目的，D不符合题意。
6.（2024·安徽模拟）采用大棚覆盖塑料薄膜种植蔬菜是一种人为创造适宜的环境，促进蔬菜优质高产的有效手段之一。下列相关叙述错误的是（ ）
A.温室大棚中适当增大昼夜温差可增加农作物中有机物的积累量
B.用红色塑料薄膜代替无色塑料薄膜，可提高大棚蔬菜的光合速率
C.通过施用有机肥，可补充CO2和无机盐，从而增加产量
D.白天定时给大棚通风，可以增加大棚内CO2的浓度
解析：B 温室大棚中适当增大昼夜温差，可以降低夜晚呼吸作用对有机物的消耗，有利于农作物中有机物的积累，A正确；植物主要吸收蓝紫光和红光，用红色塑料薄膜代替无色塑料薄膜，植物只能吸收到红光，不利于提高大棚蔬菜的光合速率，B错误；有机肥中的有机物可被微生物分解，产生无机盐和CO2，为植物提供营养物质，补充大棚内的CO2，有利于提高光合速率，从而增加产量，C正确；白天定时给大棚通风，可以增加大棚内CO2的浓度，促进大棚蔬菜的光合作用，D正确。
7.（2024·湖北武汉模拟）气孔是植物表皮上高度特化的细胞，由两个保卫细胞合围而成。保卫细胞通过体积变化来调节气孔运动，这对于植物光合作用和蒸腾作用中的气体和水分交换至关重要。下列叙述错误的是（ ）
A.与绿光相比，植物在同等强度红光条件下气孔开度较小
B.盛夏正午时分植物光合作用强度减弱可由部分气孔关闭导致
C.雨天叶片含水过多，保卫细胞吸水膨胀使气孔张开
D.荒漠生物群落中的许多植物为了适应干旱环境，气孔在夜晚打开
解析：A 光合色素主要吸收蓝紫光和红光，红光能增大光合速率，使保卫细胞光合产物增多，保卫细胞渗透压上升，促进细胞吸水，气孔开放，A错误；盛夏晴朗的白天，正午时分温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，导致光合作用暗反应受到限制，B正确；气孔是由成对半月形的保卫细胞之间形成的小孔，雨天叶片含水过多，保卫细胞吸水，细胞膨胀，外壁伸展拉长，细胞的内壁向内凹陷，细胞厚度增加，两细胞分离，气孔张开，C正确；荒漠生物群落中的许多植物如仙人掌为了适应干旱环境，气孔在夜晚才打开，D正确。
8.（2024·湖南永州三模）将某植物引种到新环境后，其光合速率较原环境发生了一定的变化。将在新环境中产生的该植物种子培育的幼苗再移回原环境，发现其光合速率变化趋势与其原环境植株一致。在新环境中该植物的光合速率等生理指标日变化趋势如下图所示。下列叙述错误的是（ ）
A.新环境中该植株光合速率变化趋势的不同是由环境因素引起的
B.图中光合作用形成ATP最快的时刻是10：00左右
C.10：00～12：00光合速率明显减弱，其原因可能是酶的活性减弱
D.气孔导度增大，能够提高蒸腾速率，有助于植物体内水和有机物的运输
解析：D 生物的表型既由基因型决定，也受环境影响，在新环境中产生的后代，其遗传特性与亲代基本相同，从而排除遗传因素的影响；当迁回原环境后，其光合速率又恢复为原环境的速率，说明在原环境与新环境的光合速率变化趋势的不同是由环境因素引起的，A正确；光反应和暗反应共同构成光合作用，10：00光合速率最大，因此光反应最快，形成ATP的速率也最快，B正确；10：00～12：00光合速率明显减弱，但此阶段气孔导度很高，因此限制光合作用的因素不是CO2浓度，影响因素可能是10：00到12：00，温度较高降低了光合作用相关酶的活性，光合速率明显下降，C正确；气孔导度增大，能够提高蒸腾速率，有助于植物体内水分和无机盐的运输，D错误。
9.（2024·山东模拟）乳酸脱氢酶（LDH）能催化丙酮酸与乳酸之间的相互转化，其催化方向取决于细胞中NADH/NAD＋的值。在人体肌细胞中产生的乳酸可以通过血液进入肝脏等组织内，重新转变成丙酮酸，转化为葡萄糖后，再次进入组织细胞中参与氧化分解。下列叙述错误的是（ ）
A.丙酮酸在肌细胞细胞质基质中经LDH催化产生乳酸
B.细胞中乳酸积累过多，可能会影响乳酸脱氢酶的活性
C.LDH催化丙酮酸转化为乳酸，可以释放能量合成ATP
D.与骨骼肌细胞相比，肝脏细胞中NADH/NAD＋的值相对较高
解析：C 丙酮酸经LDH催化产生乳酸，属于无氧呼吸第二阶段，场所在细胞质基质，A正确；细胞中乳酸积累过多，会降低细胞中的pH，可能会影响乳酸脱氢酶的活性，B正确；LDH催化丙酮酸转化为乳酸，属于无氧呼吸第二阶段，该阶段不产生ATP，C错误；在人体肌细胞中产生的乳酸可以通过血液进入肝脏等组织内，重新转变成丙酮酸，该过程还会产生NADH，所以与骨骼肌细胞相比，肝脏细胞中NADH/NAD＋的值相对较高，D正确。
10.（2024·辽宁鞍山模拟）某科研所为提高蔬菜产量进行了相关生理活动的研究，在最适温度下进行相关实验（图1实验是在黑暗中进行的），结果如下图。下列相关分析错误的是（ ）
A.图1中呼吸底物为葡萄糖且O2浓度为a时，O2的吸收量等于CO2的释放量的一半
B.植物细胞进行有氧呼吸和无氧呼吸时，分解葡萄糖时释放的能量中大部分以热能的形式散失
C.在光合作用最适温度下适当升温，若细胞呼吸速率增大，光补偿点可能右移
D.图2中g点时甲的叶肉细胞叶绿体产生的葡萄糖进入线粒体进行呼吸作用
解析：D 无氧呼吸不吸收O2，只释放CO2；有氧呼吸吸收的O2和释放CO2量刚好相等，图1中呼吸底物为葡萄糖且O2浓度为a时，O2的吸收量等于CO2的释放量的一半，A正确；植物细胞进行有氧呼吸和无氧呼吸时，分解葡萄糖时释放的能量中大部分以热能的形式散失，小部分形成ATP，B正确；在光合作用最适温度下适当升温，若细胞呼吸速率增大，但是光合作用速率降低，需要更大的光照才能达到光补偿点，所以光补偿点可能右移，C正确；葡萄糖不能进入线粒体，D错误。
二、非选择题
11.（2024·海南模拟）奔跑时，骨骼肌细胞参与运动。当氧气供应不足时，骨骼肌细胞可通过无氧呼吸分解葡萄糖获得能量，无氧呼吸产生的乳酸运输至肝脏中经过糖异生作用重新生成葡萄糖。下图为上述代谢过程的示意图。根据所学知识回答下列问题：
（1）据图判断，骨骼肌细胞中1，6-二磷酸果糖生成乳酸的场所是 细胞质基质 。图中三种酶在两个细胞中催化化学反应的机制是 降低化学反应的活化能 。
（2）据图判断，肝细胞中的糖异生作用的意义是 防止乳酸过多而引起的酸中毒；储存一定量的葡萄糖，保证肝细胞的能量供应 。（答出两点）。骨骼肌细胞中不能进行糖异生，其根本原因是 骨骼肌细胞中酶3基因不能表达，不能产生酶3 。
（3）研究发现，氰化物对于动物是剧毒物质，因为氰化物能抑制细胞线粒体内膜上的细胞色素氧化酶（COX）的活性，会导致有氧呼吸第 三 阶段受到影响。但是某些植物线粒体内膜上的交替氧化酶（AOX）的活性不受氰化物影响，AOX参与的呼吸方式称为抗氰呼吸。氰化物对COX和AOX的活性影响不同，可能的原因是 COX和AOX结构不同，对氰化物的敏感性不同 。抗氰呼吸使细胞在消耗等量呼吸底物的情况下产生更多的热量，由此可知，抗氰呼吸比正常有氧呼吸合成的ATP量 更少 （填“更多”或“更少”）。
解析：（1）由图可知，1，6-二磷酸果糖是生成乳酸的中间产物，完成的是无氧呼吸，场所是细胞质基质。图中三种酶在两个细胞中催化化学反应的机制是降低化学反应的活化能。（2）据图判断，肝细胞中的糖异生作用的意义是防止乳酸过多而引起的酸中毒；储存一定量的葡萄糖，保证肝细胞的能量供应。骨骼肌细胞中不能进行糖异生，其根本原因是骨骼肌细胞中酶3基因不能表达，不能产生酶3。（3）研究发现，氰化物对于动物是剧毒物质，因为氰化物能抑制细胞线粒体内膜上的细胞色素氧化酶（COX）的活性，会导致有氧呼吸第三阶段受到影响。但是某些植物线粒体内膜上的交替氧化酶（AOX）的活性不受氰化物影响，AOX参与的呼吸方式称为抗氰呼吸。氰化物对COX和AOX的活性影响不同，可能的原因是COX和AOX结构不同，对氰化物的敏感性不同。细胞呼吸产生的能量一部分用于合成ATP，一部分以热能形式散失，所以抗氰呼吸使细胞在消耗等量呼吸底物的情况下产生更多的热量，由此可知，抗氰呼吸比正常有氧呼吸合成的ATP量更少。
一、选择题
1.（2024·黑龙江哈尔滨模拟）线粒体是真核细胞有氧呼吸的主要场所，其内部发生的三羧酸循环、脂肪酸的β氧化和还原氢与O2的结合反应与细胞能量供应密切相关。下列有关叙述正确的是（ ）
A.线粒体内的蛋白质大部分由线粒体自身基因编码
B.三羧酸循环产生的还原氢首先与NAD＋结合生成NADH
C.线粒体将H＋运至细胞质为第三阶段的进行奠定了物质基础
D.线粒体内膜上合成ATP与H＋跨膜运输有关
解析：D 线粒体内的蛋白质大部分由细胞核基因编码，少部分由线粒体自身基因编码，A错误；在三羧酸循环过程中，产生的还原氢为NADH，B错误；线粒体将H＋运至线粒体内膜与外膜的间隙，为第三阶段的进行奠定了物质基础，C错误；当H＋顺浓度梯度穿过ATP合酶时，该酶催化ATP的合成，D正确。
2.（2024·辽宁二模）光极限是指光合作用吸收CO2量随着光吸收的增加而上升的光吸收范围。CO2极限是指光合作用吸收CO2量不再随着光吸收的增加而上升的光吸收范围。研究表明热带树木的光合机制开始失效的临界温度平均约为46.7 ℃。下列相关叙述错误的是（ ）
A.在光极限范围内，随着光吸收的增加光合速率也增大
B.CO2极限时，光合速率不再增加可能与叶片气孔大量关闭有关
C.CO2极限时较极限前叶肉细胞中的NADPH、ATP含量高，C3含量低
D.热带树木达到光合机制开始失效的临界平均温度前光合速率不断增加
解析：D 分析题意，光极限是指光合作用吸收CO2量随着光吸收的增加而上升的光吸收范围，在光极限范围内，随着光吸收的增加光合速率也增大，A正确；CO2极限是指光合作用吸收CO2量不再随着光吸收的增加而上升的光吸收范围，CO2极限时，光合速率不再增加可能与叶片气孔大量关闭有关，此时CO2进入气孔减少，暗反应减慢，B正确；CO2极限时光照强度达到最大，光反应速率最大，较极限前叶肉细胞中的NADPH、ATP含量高，C3还原加快，故C3含量低，C正确；酶活性需要适宜的温度，热带树木的光合机制开始失效的临界温度平均约为46.7 ℃，热带树木达到光合机制开始失效的临界平均温度前随温度升高，相关酶活性降低，故光合速率不会一直增加，D错误。
3.（2024·湖北三模）研究人员对密闭蔬菜大棚中的黄瓜植株进行了一昼夜的光合作用和呼吸作用调查，结果如下图所示，SM、SN、Sm分别表示图中相应图形的面积。下列叙述错误的是（ ）
A.E点时密闭大棚中CO2浓度最高，O2浓度最低
B.C点过后光照降低，短时间内叶绿体中C3含量升高
C.B点和D点时黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率
D.一昼夜后，黄瓜植株有机物的增加量可表示为Sm－SM－SN
解析：A B点之前经过一晚上的呼吸释放二氧化碳，且6点前光合作用小于呼吸作用，因此大棚中的二氧化碳浓度在B点达到最大，此后由于光合作用大于呼吸作用，二氧化碳浓度开始下降，同时由于晚上消耗氧气，此时氧气浓度最低，即B点时大棚中CO2浓度最高，O2浓度最低，A错误；C点过后光照降低，光反应产生的ATP和NADPH减少，那么C3还原速率减慢，C3消耗减少，而短时间内C3合成速率不变，因此短时间内叶绿体中C3含量升高，B正确；图中B点和D点表示CO2的吸收量等于CO2的释放量，即黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率，C正确；图中SM、SN均表示0～6点、18～24点呼吸消耗的有机物量，Sm表示6～18点光合作用积累的有机物量，因此，经过一昼夜后，黄瓜植株的净增加量应为Sm－SM－SN，D正确。
4.（2024·广东广州二模）光照充足时，叶肉细胞中Rubisco催化O2与CO2竞争性结合C5。O2和CO2与Rubisco的亲和力与各自的相对浓度有关，相对浓度高则与酶的亲和力高。O2与C5结合后经一系列的反应，最终释放CO2的过程称为光呼吸。下图中实线部分表示植物叶肉细胞的光合作用和光呼吸等正常的生命活动过程，虚线部分表示为科学家通过基因工程所构建的新的光呼吸代谢支路。下列叙述，错误的是（ ）
A.酶Rubisco既能催化CO2的固定，又能催化C5与O2反应
B.光呼吸会消耗一部分的C5，从而降低光合作用产量
C.新的光呼吸代谢支路，有利于植物积累有机物
D.在农业生产中，可通过给大棚通风的方式，提高农作物的光呼吸过程
解析：D 叶肉细胞中Rubisco催化O2与CO2竞争性结合C5，即该酶既能催化CO2的固定，又能催化C5与O2反应，A正确；光呼吸O2与C5结合生成C3酸与C2酸，C2酸最终又生成CO2，参与CO2固定的C5减少，导致光合作用产量降低，B正确；新的光呼吸代谢支路，将C2酸转化为叶绿体内的CO2，增大叶绿体中CO2浓度，促进叶绿体中CO2的固定，有利于植物积累有机物，C正确；在农业生产中，给大棚通风可增大大棚中的气体交换速率，增大大棚中的CO2浓度，降低O2浓度，可降低农作物的光呼吸，D错误。
5.（2024·北京海淀二模）环境适宜的条件下，研究人员测定某植物在不同温度下的净光合速率、气孔开放程度及胞间CO2浓度，结果如下图。下列叙述不正确的是（ ）
A.胞间CO2进入叶肉细胞叶绿体基质被光合作用暗反应利用
B.5 ℃时，胞间CO2浓度较高的原因可能是光合作用相关酶的活性较低
C.叶温在30～40 ℃时，净光合速率下降主要是叶片气孔关闭所致
D.30 ℃下单位时间内有机物的积累量最大
解析：C 胞间CO2进入叶肉细胞叶绿体基质被光合作用暗反应利用，A正确；5 ℃时，可能由于光合作用相关酶的活性较低，导致光合速率下降，胞间CO2浓度较高，B正确；叶温在30～40 ℃时，气孔开放程度上升，胞间CO2浓度上升，即CO2充足，不是净光合速率下降的主要原因，可能是由于高温导致酶部分失活，C错误；30 ℃下净光合速率最大，单位时间内有机物的积累量最大，D正确。
6.（2024·山东聊城模拟）强光胁迫会导致大豆出现光抑制现象。接近光饱和点的强光会导致大豆的光系统Ⅱ（PS Ⅱ）出现可逆失活，失活状态的PS Ⅱ加强了能量耗散，以避免受到进一步破坏。该过程中起重要作用的是参与构成PS Ⅱ的D1蛋白。强光下D1即开始降解，其净损失率与PS Ⅱ单位时间接受的光子数呈正相关。编码D1的psbA基因定位于叶绿体基因组，科研人员尝试将蓝细菌psbA导入大豆细胞核（纯合品系R），结果发现在强光下D1的降解率并没有下降，但光饱和点提高了。下列说法正确的是（ ）
A.强光下D1的降解速率可超过其补充速率
B.PS Ⅱ等吸收的光能全部储存在ATP、NADPH中
C.品系R的核psbA表达产物应定位于叶绿体基质
D.强光下气孔关闭，可能导致C5的含量迅速降低，阻碍暗反应的进行
解析：A 强光下D1的降解速率可超过其补充速率，导致PS Ⅱ单位时间接受的光子数减少，A正确；PS Ⅱ等吸收的光能一部分储存在ATP、NADPH中，一部分以热能的形式散失，B错误；叶绿体基因组编码的蛋白质定位于叶绿体中，C错误；强光下气孔关闭，CO2吸收减少，CO2的固定减慢，C3的还原不变，C5的含量会积累，阻碍暗反应的进行，D错误。
7.（2024·山东济宁三模）为研究某种植物光合速率和呼吸速率对生长发育的影响，研究者做了以下实验，将长势相同的该植物幼苗均分成7组，分别置于不同温度下，先暗处理1 h，再光照1 h，其他条件相同且适宜，测其干重变化，结果如图所示。下列说法错误的是（ ）
A.光照下26 ℃和32 ℃时该植物的净光合速率相等
B.若光照强度突然增加，叶绿体基质中C3的含量将会减少
C.30 ℃条件下，一昼夜光照时间超过8 h，该植物幼苗才能生长
D.温度达到34 ℃时，该植物幼苗在光照条件下不能进行光合作用
解析：D 32 ℃时，暗处理1 h后的重量变化是－4 mg，说明呼吸速率是4 mg/h，光照1 h后与暗处理前的变化是0 mg，光合速率－2×呼吸速率＝0，此条件下光合速率是8 mg/h，净光合速率是4 mg/h，同理可推知，26 ℃时，呼吸速率是1 mg/h，光合速率是5 mg/h，净光合速率是4 mg/h，A正确；当光照强度突然增加时，光反应增强，产生的ATP和NADPH增加，从而促进了三碳化合物的还原，C3的消耗速率加快，但是二氧化碳固定形成的三碳化合物的过程不受影响，即C3的生成速率不变，故C3的含量减少，B正确；30 ℃条件下，呼吸强度为3 mg/h，光合作用强度是9 mg/h，一昼夜光照时间等于8 h，则光合产生有机物72 mg，呼吸消耗为3×24＝72 mg，则大于8 h该植物幼苗有机物可以积累，才能生长，C正确；34 ℃时呼吸速率是2 mg/h，光照1 h比暗处理前减少了3 mg，光照1 h后与暗处理前的重量变化＝光合速率－2×呼吸速率，说明此时光合速率为1 mg/h，D错误。
二、非选择题
8.（2024·山东潍坊模拟）当光照过强，植物吸收的光能超过植物所需时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。强光条件下，一方面因NADP＋不足使电子传递给O2形成；另一方面会导致还原态电子积累，形成三线态叶绿素（3chl），3chl与O2反应生成单线1O2。和1O2都非常活泼，如不及时清除，会攻击叶绿素和PS Ⅱ反应中心（参与光反应的色素—蛋白质复合体）的D1蛋白，从而损伤光合结构。类胡萝卜素可快速淬灭3chl，也可直接清除1O2，从而起到保护叶绿体的作用。
（1）PS Ⅱ反应中心位于 叶绿体类囊体薄膜 ，强光条件下NADP＋不足的原因是 强光条件下光反应增强，对NADP＋的消耗速率增大 。
（2）强光条件下，与正常植株相比，缺乏类胡萝卜素突变体植株的光合速率 减小 （填“增大”“不变”或“减小”），原因是 突变体植株缺乏类胡萝卜素，对蓝紫光的吸收减少；无法及时淬灭3chl并清除1O2，损伤光合结构 （答出2条即可）。
（3）Rubisco酶是一个双功能酶，光照条件下，它既能催化C5与CO2发生羧化反应固定CO2，又能催化C5与O2发生加氧反应进行光呼吸，其催化方向取决于CO2和O2浓度。通过比较碳固定数发现，发生光呼吸时，光合作用效率降低了 30 ％。
（4）随施氮量的适当增加，叶绿素含量升高，导致该变化的原因是 叶绿素含有氮元素，施氮量适量增大，有利于叶绿素合成；蛋白质（如催化叶绿素合成的酶）含有氮元素，施氮量适当增大，促进催化叶绿素合成的酶的合成；叶绿素分布在类囊体薄膜上，薄膜的主要成分是磷脂和蛋白质，这两种物质都含有氮元素，施氮量适当增大，有利于类囊体薄膜面积的增大 （至少答出3点）。
解析：（1）由题意可知，光照过强会导致PS Ⅱ反应中心的D1蛋白损伤，PS Ⅱ参与光反应过程，则反应中心位于类囊体薄膜上。强光会导致NADPH和ATP的合成增加，对NADP＋的消耗速率增大，则生成的NADP＋不足。（2）由于强光下，突变体植株缺乏类胡萝卜素，对蓝紫光的吸收减少；无法及时淬灭3chl并清除1O2，损伤光合结构，所以强光条件下，与正常植株相比，缺乏类胡萝卜素突变体植株的光合速率减小。（3）看图可知：无光呼吸发生时，10分子C5结合10分子CO2；有光呼吸时，10分子C5结合8分子CO2，在生成C2（乙醇酸）时还释放了1分子CO2，可见有光呼吸时，10分子C5结合7分子CO2，故有光呼吸发生时，光合作用效率降低了30％。（4）叶绿素含有氮元素，施氮量适量增大，有利于叶绿素合成；蛋白质（如催化叶绿素合成的酶）含有氮元素，施氮量适当增大，促进催化叶绿素合成的酶的合成；叶绿素分布在类囊体薄膜上，薄膜的主要成分是磷脂和蛋白质，这两种物质都含有氮元素，施氮量适当增大，有利于类囊体薄膜面积的增大。
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