高中生物2015-2024年10年高考真题专题分类汇编-专题6光合作用考点2光合作用的原理

第第页专题6光合作用考点2光合作用的原理(2023天津，9，4分)如图是某绿藻适应水生环境、提高光合效率的机制图。光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成。下列叙述错误的是()A.物质X通过提高有氧呼吸水平促进HCO3B.HCO3C.水光解产生的H+提高类囊体腔CO2水平，促进CO2进入叶绿体基质D.光反应通过确保暗反应的CO2供应，帮助该绿藻适应水生环境【答案】B【解析】(2023湖北，8，2分)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ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，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强B.Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2【答案】C【解析】从图示可以看出，弱光下LHCⅡ能与PSⅡ结合，增强其对光能的捕获；强光下LHCⅡ能与PSⅡ分离，减弱其对光能的捕获；由题干可知，LHC蛋白激酶可催化LHCⅡ与PSⅡ分离，减少其对光能的捕获，所以该酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ不易分离，PSⅡ光复合体对光的捕获会增强，A正确，C错误。Mg2+参与叶绿素(为光合色素)的合成，Mg2+含量下降，PSⅡ光复合体上光合色素含量减少，对光能的捕获减弱，B正确。PSⅡ光复合体能将水分解，产生H+、电子和O2，D正确。(2021浙江6月选考，23，2分)渗透压降低对菠菜叶绿体光合作用的影响如图所示，图甲是不同山梨醇浓度对叶绿体完整率和放氧率的影响，图乙是两种浓度的山梨醇对完整叶绿体ATP含量和放氧量的影响。CO2以HCO3-形式提供，山梨醇为渗透压调节剂，0.33mol·L-1时叶绿体处于等渗状态。据图分析，下列叙述错误的是(甲乙A.与等渗相比，低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大，光合速率大小相似B.渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下，放氧率差异较大C.低渗条件下，即使叶绿体不破裂，卡尔文循环效率也下降D.破碎叶绿体占全部叶绿体比例越大，放氧率越低【答案】A【解析】图甲中显示山梨醇浓度在0.27~0.33mol·L-1时，叶绿体完整率差别不大，而此时的放氧率却有很大差异，B正确；分析图乙，可以看出低渗条件与等渗条件(浓度为0.33mol·L-1)相比，完整叶绿体ATP含量相似但放氧量较低，推断在低渗条件下，叶绿体中的ATP因没有有效用于碳反应而有所积累，说明卡尔文循环效率较低，光合速率也较低，A错误，C正确；分析图甲可以得出山梨醇浓度越低，叶绿体完整率越低，破碎叶绿体所占比例越高，放氧率越低，D正确。(2021广东，12，2分)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是()A.Rubisco存在于细胞质基质中B.激活Rubisco需要黑暗条件C.Rubisco催化CO2固定需要ATPD.Rubisco催化C5和CO2结合【答案】D【解析】暗反应阶段的CO2的固定为Rubisco催化C5与CO2反应的过程，该过程发生在叶绿体基质中，暗反应有光无光均可进行，故Rubisco的活性与是否有光无关，A、B错误，D正确；CO2固定过程不消耗ATP，C错误。（2021山东，16，3分）（不定项）关于细胞中的H2O和O2，下列说法正确的是（）A.由葡萄糖合成糖原的过程中一定有H2O产生B.有氧呼吸第二阶段一定消耗H2OC.植物细胞产生的O2只能来自光合作用D.光合作用产生的O2中的氧元素只能来自于H2O【答案】ABD【解析】葡萄糖是单糖，通过脱水缩合形成多糖的过程有水生成，A正确；有氧呼吸第二阶段是丙酮酸和水反应生成CO2和[H]，B正确；有些植物细胞含有过氧化氢酶（例如土豆），可以分解过氧化氢生成O2，因此植物细胞产生的O2不一定只来自光合作用，C错误；光反应阶段水的光解产生氧气，故光合作用产生的O2中的氧元素只能来自于H2O，D正确。(2020天津，5，4分)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是()A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质B.该反应体系不断消耗的物质仅是CO2C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素【答案】A【解析】绿色植物光反应的场所是叶绿体类囊体薄膜，产物有O2、NADPH、ATP，暗反应的场所是叶绿体基质，产物有糖类等有机物，据此推理该半人工光合作用反应体系中产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系不断消耗的物质不仅有CO2，还有水，B错误；类囊体膜上产生的NADPH、ATP参与C3的还原，C错误；该反应体系含有从菠菜中分离出的类囊体，吸收光能的色素分布在类囊体的薄膜上，故该反应体系中含有光合作用色素，D错误。(2018北京理综，3，6分)光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下，向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中()A.需要ATP提供能量B.DCIP被氧化C.不需要光合色素参与D.会产生氧气【答案】D【解析】本题以光合作用光反应过程的相关知识为载体，考查考生对光反应过程相关反应的理解与迁移能力，体现了对生命观念中结构与功能以及科学思维素养中归纳与概括要素的考查。光反应过程中，光合色素利用光能，将水分解成[H]和氧气，同时在有关酶的催化作用下，ADP与Pi发生化学反应，生成ATP，A、C错误，D正确；[H]将DCIP还原，使之由蓝色逐渐变为无色，B错误。(2017海南单科，10，2分)将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是()A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气B.若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生C.若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量【答案】A【解析】叶绿体是光合作用的场所，在自然光下，叶绿体能进行光合作用将水分解产生氧气，A正确；叶绿体中的光合色素能吸收红光和蓝紫光，因此在红光和蓝紫光下，叶绿体会产生氧气，B、C错误；水在叶绿体中分解产生氧气需要的能量是光能，D错误。(2016课标全国Ⅲ，2，6分)在前人进行的下列研究中，采用的核心技术相同(或相似)的一组是()①证明光合作用所释放的氧气来自水②用紫外线等处理青霉菌选育高产青霉素菌株③用T2噬菌体侵染大肠杆菌证明DNA是遗传物质④用甲基绿和吡罗红对细胞染色，观察核酸的分布A.①②B.①③C.②④D.③④【答案】B【解析】①③采用的核心技术均是同位素标记法，②为用紫外线等诱导青霉菌发生基因突变，属于诱变育种，④为用染色剂对细胞染色进而观察特定结构，B项正确。疑难突破本题解题的关键是识记各实验所采用的实验方法，并注意进行归纳总结。(2016天津理综，2，6分)在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是()A.红光，ATP下降 B.红光，未被还原的C3上升C.绿光，[H]下降 D.绿光，C5上升【答案】C【解析】植物光合作用主要利用的是红光和蓝紫光，对绿光的利用很少。突然改用光照强度与白光相同的红光照射后，光反应速率加快，产物[H]和ATP上升，进而C3的还原过程加快，未被还原的C3下降，A、B项错误；而改用光照强度与白光相同的绿光照射后，光反应速率减慢，产物[H]和ATP下降，进而C3的还原过程减慢，C5下降，C项正确，D项错误。(2016四川理综，5，6分)三倍体西瓜由于含糖量高且无籽，备受人们青睐。如图是三倍体西瓜叶片净光合速率(Pn，以CO2吸收速率表示)与胞间CO2浓度(Ci)的日变化曲线，以下分析正确的是()A.与11：00时相比，13：00时叶绿体中合成C3的速率相对较高B.14：00后叶片的Pn下降，导致植株积累有机物的量开始减少C.17：00后叶片的Ci快速上升，导致叶片暗反应速率远高于光反应速率D.叶片的Pn先后两次下降，主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度【答案】D【解析】与11：00时相比，13：00时叶片净光合速率下降，此现象是因13：00时气孔关闭导致吸收CO2减少引起的“光合午休”，此时叶绿体中合成C3的速率相对较低，A项错误；14：00后叶片的Pn下降，但仍大于零，植株积累有机物的量仍在增多，B项错误；17：00后因光照强度的降低，光反应减弱，产生的[H]和ATP均减少，暗反应速率也降低，C项错误；Pn第一次下降，是因气孔关闭，CO2浓度限制了光合速率，Pn第二次下降是光照强度降低引起的，D项正确。(2015福建理综，3，6分)在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2+C5(即RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是()A.菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质B.RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行C.测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法D.单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高【答案】B【解析】CO2固定过程属于暗反应，发生在叶绿体基质中，有光、无光条件下均可进行；该实验利用了同位素标记法，C3为CO2固定的产物，故单位时间内14C3生成量越多，说明RuBP羧化酶的活性越高。故选B。知识拓展光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi。没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。(2015安徽理综，2，6分)下图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是()A.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能B.CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类C.被还原的C3在有关酶的催化作用下，可再形成C5D.光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高【答案】C【解析】由图解可知，光反应产生的ATP和[H]参与C3的还原，而不参与CO2的固定，A项、B项错误；被还原的C3在有关酶的催化作用下一部分合成了(CH2O)，另一部分又形成了C5，C项正确；光照强度变弱时，光反应产生的ATP和[H]减少，故短时间内C5含量会降低，D项错误。(2015海南单科，24，2分)将一株生长正常的某种植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养。从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0，之后保持不变。在上述整个时间段内，玻璃容器内CO2浓度表现出的变化趋势是()A.降低至一定水平时再升高B.降低至一定水平时保持不变C.持续保持相对稳定状态D.升高至一定水平时保持相对稳定【答案】B【解析】本题主要考查密闭容器中光合速率和呼吸速率的分析等相关知识。由题干信息可知，从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0的过程中，光合速率大于呼吸速率，植物需要不断从外界吸收CO2，因此玻璃容器内CO2浓度不断降低。在净光合速率为0且之后保持不变过程中，植物真光合速率等于呼吸速率，CO2浓度保持不变，B正确，A、C、D错误。(2024河北，19，2分)高原地区蓝光和紫外光较强，常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响，研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，结果如图、表所示。覆膜处理叶绿素含量(mg/g)类胡萝卜素含量(mg/g)白膜1.670.71蓝膜2.200.90绿膜1.740.65回答下列问题：(1)如图所示，三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异，其中光可被位于叶绿体上的光合色素高效吸收后用于光反应，进而使暗反应阶段的C3还原转化为和。与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。

(2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比，选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时，可利用作为溶剂。测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光，原因是。

(3)研究表明，覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果，其原因为(答出两点即可)。

【答案】(1)蓝类囊体薄膜C5糖类紫外光(2)无水乙醇叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰(3)覆盖蓝膜紫外光透过率低，蓝光透过率高，降低紫外光对幼苗辐射的同时不影响其光合作用；与覆盖白膜和绿膜相比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利于幼苗进行光合作用【解析】(1)吸收光能的4种色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。暗反应阶段，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原，随后，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列反应转化为糖类，另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。据题图可知，与覆盖白膜相比，蓝膜和绿膜透过的紫外光较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。(2)绿叶中的光合色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可用无水乙醇提取绿叶中的光合色素。叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，为了排除类胡萝卜素的干扰，测定叶绿素含量时，应选择红光而不选择蓝紫光。(3)据题图可知，与白膜和绿膜相比，蓝膜的紫外光透过率较低，蓝光透过率较高，在降低紫外光对幼苗的辐射同时不影响其光合作用；据表中数据分析，与覆盖白膜和绿膜相比，覆盖蓝膜的幼苗叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利于幼苗进行光合作用。(2023湖南，17，12分)如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(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)C3(3-磷酸甘油酸)蔗糖筛管(2)高于玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比Rubisco酶要高，能利用低浓度的CO2；水光解主要在叶肉细胞进行，暗反应在维管束鞘细胞中进行，维管束鞘细胞中CO2/O2较高，提高了光合作用效率；通过C3和C4在叶肉和维管束鞘细胞之间的循环，将CO2转运到维管束鞘细胞浓缩，维管束鞘细胞中CO2浓度较高(3)NADPH和ATP的供应限制、固定CO2的Rubisco酶数量有限、C5再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多【解析】(1)玉米的暗反应先在叶肉细胞中进行，在PEPC酶的催化下，PEP与CO2反应生成C4，C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环，据此推理，并结合水稻的暗反应图示，可知玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是3-磷酸甘油醛。在叶绿体内，其可用于淀粉等的合成，大部分运至叶绿体外，并转变成蔗糖。与葡萄糖相比，蔗糖属于非还原糖，较稳定，对渗透压影响也小，蔗糖通过筛管长距离运输到其他组织器官。(2)在干旱环境下，大部分气孔关闭，植物能吸收的CO2减少，与水稻叶肉细胞中的Rubisco酶相比，玉米叶肉细胞中的PEPC酶对CO2的Km小，亲和力大，玉米在较低浓度的CO2下仍能固定CO2进行光合作用；在高光照强度环境下，光反应较强，产生的O2较多，与玉米维管束鞘细胞相比(水光解的主要场所为叶肉细胞的叶绿体)，水稻叶肉细胞O2较多易进行光呼吸，使得暗反应减弱；与水稻叶肉细胞相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，叶肉细胞中的PEP与CO2反应生成C4，C4进入维管束鞘细胞后释放CO2，使CO2得到浓缩，保障了暗反应的进行。(3)在光饱和条件下，水稻叶绿体的光反应强度不再增加，产生的ATP和NADPH不再增多，限制了C3的还原；水稻叶绿体内固定CO2的Rubisco酶的量有限；光合作用产生的有机物在叶绿体中积累较多，抑制了反应的进行。(2022重庆，23，14分)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。ⅠⅡ(1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持(填“低温”或“常温”)。

(2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+浓度差，原因是

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(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H+浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的，电子的最终来源物质是。

(4)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。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(答两点)。

【答案】(1)保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂低温(2)实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养的，无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H+浓度差(3)类囊体膜外H+被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高水(4)NADPH、ATP和CO2增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度【解析】(1)制备类囊体时，提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖，这样可保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂。低温可抑制蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。(2)图Ⅱ实验中，光照条件下，将类囊体置于pH=4的提取液中培养，将平衡后的类囊体转移到pH=8的提取液中，在黑暗条件下培养并加入ADP和Pi，可产生ATP，该实验无法排除ATP的生成所需的能量来自光能的情况，若实验全过程都在黑暗中进行才可证明ATP生成所需的能量来自膜内外H+浓度差。(3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液pH在光照时升高，可推测是因为光照下类囊体膜外的H+被转移到类囊体膜内，使溶液pH升高。光反应中水的光解反应式为H2O1/2O2+2H++2e-，电子的最终来源物质是水。(4)光反应为暗反应提供NADPH和ATP，故要实现黑暗中使人工叶绿体持续生产，需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP，以及暗反应的原料CO2。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，说明此时光合作用的限制因素是光照强度以外的因素，如二氧化碳浓度、温度等，增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度可有效提高光合效率。(2022河北，19，10分)某品种茶树叶片呈现阶段性白化：绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色，而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如图。回答下列问题：(1)从叶片中分离叶绿体可采用法。

(2)经检测，白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低，其原因是(写出两点即可)。

(3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少。

(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于中的基因编码，需通过特定的机制完成跨膜运输；其余蛋白质由存在于中的基因编码。

【答案】(1)差速离心(2)叶绿体内部结构解体；光合色素减少(3)水分的散失(4)细胞核叶绿体【解析】(1)分离细胞器常用差速离心法。(2)白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)，光合色素减少，光反应减弱，则叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低。(3)白化过程中光合作用减弱，气孔导度下降既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少水分的散失，利于植物的生存。(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质，其中部分蛋白质的合成受细胞核中的基因编码，合成后经特定机制运至叶绿体使用，其余的蛋白质由存在于叶绿体中的基因编码。知识拓展叶绿体是半自主性细胞器，半自主性细胞器的功能主要受细胞核基因组的调控，同时也受自身基因组的调控。叶绿体基因组编码的蛋白质在叶绿体的生命活动中重要且不可缺少，但这些蛋白质远远不足以支撑叶绿体的基本功能，更多的蛋白质来自核基因组的编码，于细胞质中合成后被运往叶绿体的功能位点。(2021辽宁，22，13分)(13分)早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390μmol·mol-1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题：(1)真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成，进而被还原生成糖类，此过程发生在中。

(2)海水中的无机碳主要以CO2和HCO3-两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程。图中HCO3-浓度最高的场所是(填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”)，可为图示过程提供ATP图1(3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HCO3-转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO图2①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力(填“高于”或“低于”或“等于”)Rubisco。

②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是。图中由Pyr转变为PEP的过程属于(填“吸能反应”或“放能反应”)。

③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用技术。

(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术，可能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有(多选)。

A.改造植物的HCO3-转运蛋白基因，增强HCB.改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成C.改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物【答案】(1)C3叶绿体基质(2)叶绿体细胞呼吸、光反应(3)①高于②NADPH、ATP吸能反应③同位素标记(4)ACD【解析】(1)叶绿体基质中进行的暗反应包括两个阶段，一是CO2与C5结合生成C3，二是C3被还原成糖类等有机物。(2)图中HCO3-的运输为消耗ATP的主动运输，主动运输为逆浓度梯度的运输，HCO3-的运输方向为细胞外→细胞质基质→叶绿体，故叶绿体中HCO3-浓度最高。图中消耗ATP的过程有主动运输和暗反应(卡尔文循环(3)①在叶肉细胞叶绿体中，PEPC催化PEP与HCO3-反应生成OAA，OAA经过一系列的变化生成Mal，Mal进入维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度，促进了CO2的固定，这说明PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisco。②光合作用中，光反应为暗反应提供NADPH和ATP。图中Pyr转变为PEP的过程消耗ATP，属于吸能反应。③利用放射性同位素标记法标记CO2中的C元素可以追踪CO(4)改造植物的HCO3-转运蛋白基因，增强HCO3-的运输能力，可以增加细胞内的CO2浓度，提高光合作用的效率，A合理；改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成，会使进入维管束鞘细胞叶绿体中的Mal减少，不利于CO2的浓缩，不能提高光合作用的效率，B不合理；改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力，可以提高光合作用的效率，C合理；将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物，可提高该植物暗反应所需的CO(2021天津，15，10分)Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。(1)蓝细菌具有CO2浓缩机制，如下图所示。据图分析，CO2依次以和方式通过细胞膜和光合片层膜。

蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进和抑制提高光合效率。

(2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的中观察到羧化体。

(3)研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HCO3-和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上该转基因植株暗反应水平应，光反应水平应【答案】(1)自由扩散主动运输CO2固定O2与C5结合(2)叶绿体(3)提高提高【解析】(1)从蓝细菌的CO2浓缩机制图示中可以看出CO2穿过细胞膜为自由扩散，穿过光合片层膜时需借助CO2转运蛋白并消耗能量，为主动运输。由题意可知Rubisco既能催化CO2固定，又能催化O2与C5结合，蓝细菌可通过CO2浓缩机制提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进CO2固定和抑制O2与C5结合来提高光合效率。(2)烟草细胞为真核细胞，暗反应场所为叶绿体基质，若蓝细菌羧化体能在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的叶绿体中观察到羧化体。(3)根据题意可知，HCO3-和CO2转运蛋白有助于提高羧化体内CO2的浓度，从而提高转基因植株的暗反应水平，暗反应水平提高可为光反应提供更多的NADP+和(2021湖南，18，12分)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：图a图b注：e-表示电子(1)图b表示图a中的结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H+和e-，光能转化成电能，最终转化为和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP+减少，则图b中电子传递速率会(填“加快”或“减慢”)。

(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP+为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。叶绿体类型相对值实验项目叶绿体A：双层膜结构完整叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量100167.0425.1281.3实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量100106.7471.1109.6注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。据此分析：①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用。得出该结论的推理过程是。

②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于，从而提高光反应速率。

③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释。

【答案】(1)类囊体膜NADPH减慢(2)①Fecy叶绿体B双层膜局部受损，类囊体略有损伤时，以Fecy为电子受体时的放氧量明显高于叶绿体A双层膜结构完整时，而以DCIP为电子受体时的放氧量略高于叶绿体A双层膜结构完整时，差别不大②水的分解③类囊体膜结构的完整性可保证其能够运输H+参与ATP的合成反应，膜结构破裂无法提供ATP合成时所需的H+导致ATP产生效率降低【解析】(1)图b所示生物膜吸收了光能，发生了水分解成e-、H+和O2的过程，因此该生物膜为图a中叶绿体的类囊体膜，是光合作用光反应的场所。光反应中，水分解为O2和H+，同时产生2个电子(e-)，电子经电子传递链传递，可用于NADP+和H+结合形成NADPH；同时利用光能促使ADP与Pi反应形成ATP。这样，光能转化成电能，最终转化为NADPH和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，ATP和NADPH消耗减慢，则光反应速率会减慢，水的分解减少，该过程产生的电子经过电子传递链的作用与NADP+、H+结合形成的NADPH也减少，电子传递速率会减慢。(2)①从表格中可知，叶绿体A双层膜结构完整时，以Fecy或DCIP为电子受体时放氧量相等，而叶绿体B双层膜局部受损，类囊体略有损伤时，以Fecy为电子受体时，叶绿体B的放氧量明显高于叶绿体A双层膜结构完整时的放氧量，而以DCIP为电子受体时叶绿体B的放氧量略高于叶绿体A双层膜结构完整时的放氧量，所以叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应阻碍作用更明显。②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，这是因为在无双层膜阻碍、类囊体又松散(但未断裂)的条件下，以Fecy或DCIP为电子受体，更容易与H+结合，消耗H+速率较快，更有利于水的分解，从而提高光反应速率。③图中水光解产生的H+可通过类囊体膜结构中的载体蛋白运输至ATP合成的部位，参与ATP合成的反应，当类囊体膜结构受损时，无法完成H+的运输，ATP的合成因缺少H+而受阻，使ATP产生效率降低。(2021全国乙，29，11分)(11分)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和释放的CO2。

(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止，又能保证正常进行。

(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)【答案】(1)细胞质基质、线粒体、叶绿体细胞呼吸(2)水分大量散失光合作用(3)实验思路：白天和夜间每隔一定时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片，测定叶肉细胞的pH。预期结果：植物甲叶肉细胞pH在夜间逐渐降低、白天逐渐升高。【解析】(1)叶肉细胞的细胞呼吸场所为细胞质基质和线粒体，光合作用场所为叶绿体，细胞呼吸和光合作用均能产生ATP，所以白天叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。据题意可知，虽然白天气孔关闭，但液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，此外细胞呼吸释放的CO2也可供给叶绿体，用于光合作用。(2)该类植物生活在干旱环境中，白天气孔关闭，可以防止蒸腾作用太强而导致水分大量散失；夜晚气孔打开，可以从外界吸收CO2，CO2通过生成苹果酸储存在液泡中，白天时苹果酸脱羧释放出CO2，保证了该类植物光合作用的正常进行。(3)由题干信息可知，夜间植物甲的叶肉细胞吸收CO2生成的苹果酸储存在液泡中，白天液泡中的苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用，故可推知夜间植物甲叶肉细胞液的pH小于白天叶肉细胞液的pH，故实验思路：白天和夜间每隔一定时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片，测定叶肉细胞的pH。预期结果：植物甲叶肉细胞pH在夜间逐渐降低、白天逐渐升高。(2020山东，21，9分)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是，模块3中的甲可与CO2结合，甲为。

(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将(填：“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是。

(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量(填：“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是。

(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。

【答案】(1)模块1和模块2五碳化合物(或：C5)(2)减少模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足(3)高于人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或：植物呼吸作用消耗糖类)(4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少【解析】(1)该系统中的模块1和模块2的功能相当于光合作用光反应阶段的光合色素对光能的吸收和水的光解，同时，通过模块1和模块2将光能转化为电能再转化为化学能储存在ATP和NADPH中。所以该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是模块1和模块2。模块3的功能相当于光合作用的暗反应，甲与CO2结合完成CO2的固定，甲为五碳化合物(或：C5)。(2)正常运转过程中气泵突然停转，系统中CO2突然减少，CO2的固定减弱，但短时间内C3的还原不变，则短时间内乙(C3)的含量将减少。若气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的原料ADP、Pi和NADP+就会不足，进而影响模块2中的能量转换效率。(3)在与植物光合作用固定CO2量相等的情况下，该系统只进行光合作用，不进行呼吸作用，只有糖类的积累，没有糖类的消耗，所以该系统糖类的积累量高于植物。(4)干旱条件下，很多植物为了减弱蒸腾作用，减少水分散失，会降低叶片气孔开放程度，叶片气孔的开放程度会影响对CO2的吸收，CO2的吸收量减少，会使植物光合作用速率降低。(2020江苏单科，27，8分)大豆与根瘤菌是互利共生关系，如图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径，请据图回答下列问题：(1)在叶绿体中，光合色素分布在上；在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是H2O和。

(2)如图所示的代谢途径中，催化固定CO2形成3-磷酸甘油酸(PGA)的酶在中，PGA还原成磷酸丙糖(TP)运出叶绿体后合成蔗糖，催化TP合成蔗糖的酶存在于。

(3)根瘤菌固氮产生的NH3可用于氨基酸的合成，氨基酸合成蛋白质时，通过脱水缩合形成键。

(4)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。叶绿体中合成ATP的能量来自；根瘤中合成ATP的能量主要源于的分解。

(5)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是。

【答案】(8分)(1)类囊体(薄)膜C5(2)叶绿体基质细胞质基质(3)肽(4)光能糖类(5)非还原糖较稳定(或蔗糖分子为二糖，对渗透压的影响相对小)【解析】(1)(2)在叶绿体中，类囊体(薄)膜是光反应的场所，其上含有光合色素，可吸收、传递、转换光能，叶绿体基质中发生光合作用的暗反应，第一步为CO2的固定，即一分子C5与一分子CO2结合形成两分子C3。据图可知，TP合成蔗糖的场所在细胞质基质。(3)氨基酸之间通过脱水缩合形成肽键，多个氨基酸聚合形成的多肽(肽链)经盘曲折叠形成蛋白质。(4)光反应将光能转化成ATP中活跃的化学能。根瘤菌与大豆共生，大豆将光合作用合成的糖类等物质提供给根瘤菌进行细胞呼吸及其他代谢活动，根瘤菌通过细胞呼吸将糖类等有机物中稳定的化学能转化成热能和ATP中活跃的化学能。(5)植物同化产物由源器官运输到库器官大多以蔗糖的形式进行，原因可能是蔗糖是非还原糖，比较稳定，且在水中溶解度较大；或是蔗糖分子为二糖，对渗透压的影响相对小，可以更好地维持植物细胞渗透压的相对稳定。(2016江苏单科，32，8分)为了选择适宜栽种的作物品种，研究人员在相同的条件下分别测定了3个品种S1、S2、S3的光补偿点和光饱和点，结果如图1和图2。请回答以下问题：图1图2(1)最适宜在果树林下套种的品种是，最适应较高光强的品种是。

(2)增加环境中CO2浓度后，测得S2的光饱和点显著提高，但S3的光饱和点却没有显著改变，原因可能是：在超过原光饱和点的光强下，S2的光反应产生了过剩的，而S3在光饱和点时可能(填序号)。

①光反应已基本饱和②暗反应已基本饱和③光、暗反应都已基本饱和(3)叶绿体中光反应产生的能量既用于固定CO2，也参与叶绿体中生物大分子的合成。

(4)在光合作用过程中，CO2与RuBP(五碳化合物)结合的直接产物是磷酸丙糖(TP)，TP的去向主要有三个。图为叶肉细胞中部分代谢途径示意图。淀粉是暂时存储的光合作用产物，其合成场所应该在叶绿体的。淀粉运出叶绿体时先水解成TP或，后者通过叶绿体膜上的载体运送到细胞质中，合成由构成的蔗糖，运出叶肉细胞。

【答案】(8分)(1)S2S3(2)ATP和[H]①②③(3)核酸、蛋白质(4)基质中葡萄糖葡萄糖和果糖【解析】(1)光补偿点较低的作物(S2)适于生活在弱光环境中，光饱和点较高的作物(S3)适于生活在较高光强的环境中。(2)增加环境中CO2浓度后，S2的光饱和点显著提高，这说明在原光饱和点的光强下，暗反应未饱和，在超过原光饱和点的光强下，S2的光反应可产生过剩的[H]和ATP。若光反应饱和或暗反应饱和或光反应和暗反应都饱和的情况下，CO2浓度增加后光饱和点都不会发生显著改变。(3)光反应产生的能量可参与CO2的固定和C3的还原，还可用于叶绿体中DNA复制和基因的表达过程。(4)淀粉是光合作用暗反应的产物，进行暗反应的