热点01 突破电子传递、光呼吸、CO2浓缩、人工光合作用的高考新情境（热点专练）（原卷版及解析）

/热点01突破电子传递、光呼吸、CO2浓缩、人工光合作用的高考新情境内容导航情境解读内容导航情境解读考向破译限时实战热点背景速递情境探究高效科普：情境深入剖析与探寻，提取关键信息热点信息解码链接教材预测考向：建立热点与教材知识的桥梁，精准预测命题方向热点限时训练模拟实战巩固提升：限时完成情境化题目训练，提升信息迁移能力【热点背景】为优化光合作用，自然与科学界共同上演了一场精彩的进化与创新。光合电子传递链是这一切的起点，也是光合作用光反应阶段的核心，它如同精密的“生物纳米电路”，通过光驱动的水裂解和电子传递，生产ATP和NADPH。其核心逻辑：光能→激发电子→裂解水放氧+建立质子梯度→合成ATP和NADPH。但其核心酶Rubisco却存在“设计缺陷”：Rubisco酶本该固定CO₂，但有时会错误的催化O₂（而不是CO₂）与RuBP（五碳化合物）反应。这个反应产生一个二碳化合物（磷酸乙醇酸），它对细胞有毒，且不能直接进入卡尔文循环。植物必须在过氧化物酶体和线粒体等细胞器中，通过一系列复杂反应（C2循环），消耗ATP和NADPH，将这个二碳化合物重新转化为有用的三碳化合物（3-磷酸甘油酸），送回卡尔文循环，但会净损失1/4的碳（以CO₂形式释放）。触发消耗能量并释放CO₂的光呼吸过程，降低了光合效率，尤其在高温干旱条件下。这严重限制了C3作物（如水稻、小麦）的产量。为了对抗光呼吸、提高效率，自然界进化出了CO₂浓缩机制：在空间或时间上把CO₂“收集”并“泵送”到Rubisco附近，使其周围CO₂浓度极高，让Rubisco不容易接触O₂，从而抑制光呼吸。C4植物（如玉米）通过“空间分离”的化学泵将CO₂浓缩于维管束鞘细胞；CAM植物（如仙人掌）则通过“时间分离”在夜间固定CO₂，两者均能有效抑制光呼吸，展现了惊人的逆境适应力。植物通过这种特殊的方式变相提高了Rubisco周围的CO₂浓度，极大抑制了光呼吸，光合效率高，需水量少。受此启发，科学家正致力于人工光合，目标是模拟自然光合作用，用阳光、水和CO₂，直接生产燃料（如氢气、甲醇）或化学品，而不是淀粉。继20世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后，科学家又在人工合成淀粉方面取得重大颠覆性、原创性突破——国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。人工合成淀粉的技术工艺路线大致为CO2→C1→FADH→DHA→DHAP→GAP→F－6－P→G－6－P→G－1－P→G→淀粉，整个过程涉及11步重要的生化反应。而在自然条件下，光反应和暗反应涉及的化学反应则有60多步，而且效率较低。科学家发现用阳光、水和CO₂直接生产清洁能源，能为解决能源与气候问题提供终极方案。利用合成催化剂和半导体材料，构建一个更高效的“仿生系统”，直接将太阳能转化为高密度化学燃料（如氢气、甲醇），为实现“碳中和”提供了充满潜力的前沿路径。人工光合作用仍然面临许多挑战：目前效率远低于植物，且贵金属催化剂成本高昂。人工材料在强光和水环境中容易分解失效。如何把吸光、氧化、还原各部分高效、稳定地耦合在一起是个巨大难题。【信息速递】1．技术突破与创新：通过构建“人工仿生电子传递链”（如量子点杂化系统）来突破自然光能转换极限；利用“合成生物学”为耗能的光呼吸设计全新的"代谢捷径"，将其从负担变为增益；通过“多基因模块化移植”，将C4植物的高效CO₂浓缩机制（含花环结构）系统性导入水稻，实现作物光合系统的升级；而集成化的“人工光合作用”系统则致力于开发双功能催化剂，实现将CO₂和水直接、连续地转化为太阳能燃料。这些创新共同推动着人类从被动利用走向主动定制光合效能的新纪元。3．农业领域应用：在农业科技前沿，针对光合作用的研究正催生革命性突破：通过靶向光合电子传递链，我们得以研发高效低毒的新型除草剂，实现精准杂草防控；借助合成生物学技术重构“光呼吸”途径，旨在将其从耗能过程变为增产引擎，直接提升C3作物产量；宏伟的C4水稻工程则试图将玉米等的高效CO₂浓缩机制导入水稻，以期实现节水肥条件下的产量倍增；而人工光合作用更是超越农业范畴，通过模拟自然光合系统将阳光、水和CO₂直接转化为清洁能源（如氢气）或化学品，为农业乃至整个社会提供碳中和的终极解决方案。这些技术共同指向一个目标——通过驾驭光能，重塑未来农业的产出模式与生态边界【知识定位】1．高中生物教材：人教版必修1《分子与细胞》涉及细胞呼吸与光合作用相关内容，包括细胞呼吸与光合作用的原理、场所和过程；光合作用的影响因素等基础知识。在高中生物教材中，光合电子传递是必修一“光合作用原理”的核心，以“光反应”形式呈现，核心是理解光能如何转化为ATP和[H]中的化学能。光呼吸本身不作为术语出现，但其根源“Rubisco酶能固定O₂的特性”会被点明，是解释C3植物效率限制的关键隐含知识。而CO₂浓缩机制（C4/CAM途径）则作为拓展阅读材料，用于展示植物如何通过特殊的“时空策略”来规避光呼吸，以适应干旱炎热环境。至于人工光合作用，它通常出现在“科学·技术·社会”栏目，作为模仿自然光合原理解决能源问题的前沿科技情境，考查知识迁移能力。2．大学相关教材：《植物学》、《植物生理学》、《生物化学》。大学教材将高中“产生ATP和[H]”的模糊描述，精确为光系统II与I的“Z链”接力，阐明电子传递驱动质子梯度以合成ATP的化学渗透机制，核心是光能→电能→化学能的膜蛋白精密转换。同时将光呼吸明确定义为Rubisco酶固定O₂引发的“氧化型卡尔文循环”，并揭示这是一个耗费能量的跨细胞器（叶绿体、过氧化物酶体、线粒体）C2循环，同时探讨其在胁迫中可能存在的生理功能。其内涵从高中知识点上升为“结构与功能协同”的生存策略。【考向预测】预测1光合电子传递、光合磷酸化与物质跨膜运输问题的综合考察预测2光抑制与光保护机制、光呼吸、CO2浓缩机制与植物逆境胁迫的调节预测3“人工叶绿体”、“人工合成淀粉”与“二氧化碳固定”的新情境（建议用时：45分钟）1.(2025·福建厦门二模)紫色硫细菌是一种光合细菌。如图为该细菌光复合系统参与代谢过程的简图。下列叙述正确的是 ()A.紫色硫细菌的光复合系统含有色素和蛋白质B.光复合系统上氧化型辅酶Ⅰ转化成还原型辅酶ⅠC.图示过程在紫色硫细菌的类囊体薄膜上完成D.紫色硫细菌能为其他生物提供氧气和有机物（2025·辽宁七校联考）叶绿体是一种动态的细胞器，随着光照强度的变化，在胞中的分布和位置也会发生相应改变，称为叶绿体定位。CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成细胞骨架中微丝蛋白的重要成分)相结合，用野生型拟南芥和CHUP1蛋白缺失型拟南芥进行实验，观察到在不同光照强度下叶肉细胞中叶绿体的分布情况如图。下列叙述错误的弱光强光弱光强光正常叶肉细胞CHUP1蛋白缺失的叶肉细胞A.推测叶绿体通过CHUP1蛋白锚定在微丝蛋白上，因而CHUP1蛋白应该位于叶绿体的内膜上B.叶绿体中的光合色素可吸收、传递和转化光能，并将吸收的能量储存在ATP和NADPH中C.若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常，推测叶绿体的运动可能与微丝蛋白有关D.弱光条件下，正常叶肉细胞的叶绿体主要分布在细胞顶面，有利于叶肉细胞更充分地吸收光能3. (2024·福建卷)叶片从黑暗中转移到光照下,其光合速率要先经过一个增高过程,然后达到稳定的高水平状态,这个增高过程称为光合作用的光诱导期。已知黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态,壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。为研究气孔开放与光诱导期的关系,科研人员将大豆叶片分为两组,A组不处理,B组用壳梭孢素处理,将两组叶片从黑暗中转移到光照下,测定光合速率,结果如图所示。下列分析正确的是 ()A.0min时,A组胞间CO2浓度等于B组胞间CO2浓度B.30min时,B组叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组C.30min时,限制A组光合速率的主要因素是光照时间D.与A组叶片相比,B组叶片光合作用的光诱导期更长4.(2025·广东惠州三模)研究人员将C6(能提高光反应中电子传递效率)和SBP(可促进卡尔文循环中C5的再生)两个基因分别导入烟草中获得C6和SB株系。利用C6和SB株系获得纯合双转基因C6SB株系,在温室提供一定浓度CO2的条件下,检测四种株系的相关指标,结果如表。说法错误的是 ()A.C6基因的产物可能与ATP、NADPH生成有关B.SBP基因的产物在叶绿体基质中发挥作用C.与野生型相比,C6株系光合速率的增加体现了暗反应能促进光反应D.与SB株系相比,C6SB株系光合速率的增加体现了光反应能促进暗反应5．(2025·河北唐山模拟)Science发表了中国科学家人工合成淀粉的论文，在实验条件下，科学家们设计了化学聚糖主反应。对比植物光合作用，此反应大大提高了淀粉合成效率。据图分析，下列叙述正确的是()A．光合作用中类似于CO2→C1中间体→C3中间体的过程，有酶和ATP即可进行B．人工合成淀粉过程中需多种酶参与，可以通过改造酶基因来提高催化的效率C．植物光合作用与人工合成淀粉的途径中，都是利用还原剂作用于CO2D．若两者固定CO2量相等，植物光合作用与人工合成淀粉的途径积累的淀粉量相等6．(2024·江苏苏州模拟)玉米等C4植物通过光合作用C4途径，使其能在高温下保持产量。仙人掌等景天科植物则以光合作用CAM途径，助其在沙漠和其他缺水地区生存。研究表明，马齿苋的光合作用整合了C4途径和CAM途径，主要过程如下图。请回答下列问题：(1)C4途径和CAM途径中，CO2先经历C4途径，然后在RuBP羧化酶的作用下与____结合，这个过程被称作CO2的固定，其发生的场所是____________________________。(2)马齿苋的光合细胞有______________________，________细胞中的叶绿体只能进行暗反应，据图推测其原因是其缺少了______________(结构)。图中A表示的物质有__________________。(3)图中①表示的结构是________，叶肉细胞和维管束鞘细胞间具有大量该结构的意义是____________________。(4)研究发现，当水分充足时，马齿苋叶片中主要进行C4途径，而处于干旱环境时，可以进行C4途径和CAM途径，该调节机制使马齿苋即使在干旱环境下也可通过在夜间________，并且以______的形式储存，为光合作用提供足够原料。说明马齿苋具有________________________的优势。7. (2025·山东卷)高光强环境下,植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤,引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长,其部分光合过程如图所示。 (1)叶绿体膜的基本支架是_____________;叶绿体中含有许多由类囊体组成的_______,扩展了受光面积。(2)据图分析,生成NADPH所需的电子源于_____。采用同位素示踪法可追踪物质的去向,用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后,以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时,能进入线粒体基质且被3H标记的物质有H2O、__________________。离心收集绿藻并重新放入含 O的培养液中,在适宜光照条件下继续培养,绿藻产生的带18O标记的气体有___________。(3)据图分析,通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为_________________________________________________________________。8. (2025·广东卷)我国科学家以不同植物为材料,在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图a);比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图b),鉴定到突变体发生了PIL15基因的功能缺失,并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。回答下列问题:(1)图a中,当胞间CO2浓度在900~1200μmol·mol-1范围时,红光下光合速率的限制因子是__________,推测此时蓝光下净光合速率更高的原因是___________________________。(2)图b中,突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近,推测其原因是_____________________________________________________________________________。(3)归纳上述两个研究内容,总结出光影响植物的两条通路(图c)。通路1中,①吸收的光在叶绿体中最终被转化为____________________。通路2中吸收光的物质②为________。用箭头完成图c中②所介导的通路,并在箭头旁用“(+)”或“(-)”标注前后两者间的作用,(+)表示正相关,(-)表示负相关。(4)根据图c中相关信息,概括出植物利用光的方式:______________________________________。9.(2025·安徽合肥二模)在拟南芥叶肉细胞中,有机物分解释放CO2的代谢途径有光呼吸和细胞呼吸等。其中,光呼吸与光合作用密切关联,二者强度受CO2和O2相对浓度等因素调节。相关有机物的演变及其

关键酶促反应如图1所示,回答下列问题。 (1)细胞呼吸代谢途径与光呼吸存在交集,都与生命活动的能量代谢有关。请参考图1中的表示形式,在虚线框中补充有关的物质变化,使各代谢途径联系在一起。(2)在适宜条件下,突然停止光照,水稻叶片CO2释放量先增加后下降,然后逐渐稳定。据图1分析,叶片CO2释放量下降的原因是光反应停止后,_______________________________________________________。(3)图1中GDC酶主要分布在叶肉细胞,在非光合组织中含量极低,H蛋白是其重要组分。为了探究H蛋白对拟南芥幼苗生长的影响,研究者在充足光照条件下,做了相关研究,结果如下:注:WT组为正常对照组;L组为H基因低表达组;H组为H基因全株过量表达组;HS组为H基因叶细胞特异性过量表达组。①强光下,光、暗反应失衡,过剩能量会转移给O2形成氧自由基。图2中H组和HS组光合速率高于WT组的原因是____________________________________,从而减少氧自由基的含量,使叶绿体的膜损伤程度降低,有利于光反应强度的维持。②检测结果表明,与WT组相比,H组植株光合速率更高,但生长却受到了抑制。对此,AI给出的解释之一是:在H组植株的线粒体中,“2C2→C3+CO2(脱羧反应)”的反应增强,改变了线粒体内的NADH/NAD+的值,影响其能量代谢的平衡,使细胞呼吸分解的有机物增多,导致干重下降。对于这个解释,某同学认为不合理,他的理由可能是:______________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出1点)。(4)综合本题信息,若要在强光下提高大棚蔬菜产量,除“在叶中过量表达H基因”外,还可采取的措施有______________________________________________________________(答出1点)。10.（2025江南十校联考）水稻是我国重要的粮食作物之一，开展水稻高产攻关是促进粮食高产优产、筑牢粮食安全根基的关键举措。为获得优质的水稻品种，科学家开展了多项研究。请回答下列问题：(1)水稻叶肉细胞中的类胡萝卜素主要吸收,光合作用产物中的可以进入筛管，通过韧皮部运输到植株各处。科研人员将水稻植株置于透明且密闭的容器内，给予适宜强度的光照，并通入一定比例的18O₂和CO₂,结果在光合作用产生的有机物中检测到了18O,请写出该过程中氧元素的转移途径：。(用相关物质和箭头表示)(2)研究人员用不同浓度的赤霉素溶液处理水稻，测量其光合作用的相关指标，如图所示。①从图中可知，赤霉素会(填“提高”“降低”或“不影响”)水稻的光饱和点。赤霉素会影响水稻的光合作用，具体表现是低浓度的赤霉素促进光合作用，高浓度的赤霉素则抑制光合作用，其作用机理最可能是②强光下，激发态叶绿素会与氧分子反应形成单线态氧而损伤叶绿体，然而类胡萝卜素可快速淬灭激发态叶绿素，起保护叶绿体的作用。缺乏类胡萝卜素的突变体，光合速率下降，原因可能是11.（2025·长春二模）当CO₂/O₂的值低时，催化CO₂固定的酶(Rubisco)还可催化C5与O₂结合生成乙醇酸，再经一系列过程生成C₃,释放CO₂,此过程称为光呼吸，相关过程如图所示。光呼吸只在光下进行，会明显降低光合作用效率。研究人员将水稻自身的三种酶引入叶绿体中，成功构建了一条新的光呼吸支路GOC(虚线所示),该支路能将部分乙醇酸完全分解为CO₂,为提高植物光合作用效率提供了新思路。回答下列问题：(1)水稻叶肉细胞中的Rubisco分布在叶绿体的中。图中甘油酸生成C₃的过程属于(填“吸能”或“放能”)反应。(2)光呼吸与有氧呼吸的区别有A.是否需要光B.利用O₂的场所不同C.是否产生CO₂D.是否需要线粒体参与(3)光呼吸会消耗一部分光合作用产物，但其在适应环境变化上具有重要意义。如在强光照或干旱条件下，叶片气孔会，导致，使光呼吸增强，消耗光反应产生的O₂、ATP和减少对叶绿体的伤害。(4)据图分析，光呼吸支路GOC的创建能提高植物光合作用效率的原因是：

热点01突破电子传递、光呼吸、CO2浓缩、人工光合作用的高考新情境内容导航情境解读内容导航情境解读考向破译限时实战热点背景速递情境探究高效科普：情境深入剖析与探寻，提取关键信息热点信息解码链接教材预测考向：建立热点与教材知识的桥梁，精准预测命题方向热点限时训练模拟实战巩固提升：限时完成情境化题目训练，提升信息迁移能力【热点背景】为优化光合作用，自然与科学界共同上演了一场精彩的进化与创新。光合电子传递链是这一切的起点，也是光合作用光反应阶段的核心，它如同精密的“生物纳米电路”，通过光驱动的水裂解和电子传递，生产ATP和NADPH。其核心逻辑：光能→激发电子→裂解水放氧+建立质子梯度→合成ATP和NADPH。但其核心酶Rubisco却存在“设计缺陷”：Rubisco酶本该固定CO₂，但有时会错误的催化O₂（而不是CO₂）与RuBP（五碳化合物）反应。这个反应产生一个二碳化合物（磷酸乙醇酸），它对细胞有毒，且不能直接进入卡尔文循环。植物必须在过氧化物酶体和线粒体等细胞器中，通过一系列复杂反应（C2循环），消耗ATP和NADPH，将这个二碳化合物重新转化为有用的三碳化合物（3-磷酸甘油酸），送回卡尔文循环，但会净损失1/4的碳（以CO₂形式释放）。触发消耗能量并释放CO₂的光呼吸过程，降低了光合效率，尤其在高温干旱条件下。这严重限制了C3作物（如水稻、小麦）的产量。为了对抗光呼吸、提高效率，自然界进化出了CO₂浓缩机制：在空间或时间上把CO₂“收集”并“泵送”到Rubisco附近，使其周围CO₂浓度极高，让Rubisco不容易接触O₂，从而抑制光呼吸。C4植物（如玉米）通过“空间分离”的化学泵将CO₂浓缩于维管束鞘细胞；CAM植物（如仙人掌）则通过“时间分离”在夜间固定CO₂，两者均能有效抑制光呼吸，展现了惊人的逆境适应力。植物通过这种特殊的方式变相提高了Rubisco周围的CO₂浓度，极大抑制了光呼吸，光合效率高，需水量少。受此启发，科学家正致力于人工光合，目标是模拟自然光合作用，用阳光、水和CO₂，直接生产燃料（如氢气、甲醇）或化学品，而不是淀粉。继20世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后，科学家又在人工合成淀粉方面取得重大颠覆性、原创性突破——国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。人工合成淀粉的技术工艺路线大致为CO2→C1→FADH→DHA→DHAP→GAP→F－6－P→G－6－P→G－1－P→G→淀粉，整个过程涉及11步重要的生化反应。而在自然条件下，光反应和暗反应涉及的化学反应则有60多步，而且效率较低。科学家发现用阳光、水和CO₂直接生产清洁能源，能为解决能源与气候问题提供终极方案。利用合成催化剂和半导体材料，构建一个更高效的“仿生系统”，直接将太阳能转化为高密度化学燃料（如氢气、甲醇），为实现“碳中和”提供了充满潜力的前沿路径。人工光合作用仍然面临许多挑战：目前效率远低于植物，且贵金属催化剂成本高昂。人工材料在强光和水环境中容易分解失效。如何把吸光、氧化、还原各部分高效、稳定地耦合在一起是个巨大难题。【信息速递】1．技术突破与创新：通过构建“人工仿生电子传递链”（如量子点杂化系统）来突破自然光能转换极限；利用“合成生物学”为耗能的光呼吸设计全新的"代谢捷径"，将其从负担变为增益；通过“多基因模块化移植”，将C4植物的高效CO₂浓缩机制（含花环结构）系统性导入水稻，实现作物光合系统的升级；而集成化的“人工光合作用”系统则致力于开发双功能催化剂，实现将CO₂和水直接、连续地转化为太阳能燃料。这些创新共同推动着人类从被动利用走向主动定制光合效能的新纪元。3．农业领域应用：在农业科技前沿，针对光合作用的研究正催生革命性突破：通过靶向光合电子传递链，我们得以研发高效低毒的新型除草剂，实现精准杂草防控；借助合成生物学技术重构“光呼吸”途径，旨在将其从耗能过程变为增产引擎，直接提升C3作物产量；宏伟的C4水稻工程则试图将玉米等的高效CO₂浓缩机制导入水稻，以期实现节水肥条件下的产量倍增；而人工光合作用更是超越农业范畴，通过模拟自然光合系统将阳光、水和CO₂直接转化为清洁能源（如氢气）或化学品，为农业乃至整个社会提供碳中和的终极解决方案。这些技术共同指向一个目标——通过驾驭光能，重塑未来农业的产出模式与生态边界【知识定位】1．高中生物教材：人教版必修1《分子与细胞》涉及细胞呼吸与光合作用相关内容，包括细胞呼吸与光合作用的原理、场所和过程；光合作用的影响因素等基础知识。在高中生物教材中，光合电子传递是必修一“光合作用原理”的核心，以“光反应”形式呈现，核心是理解光能如何转化为ATP和[H]中的化学能。光呼吸本身不作为术语出现，但其根源“Rubisco酶能固定O₂的特性”会被点明，是解释C3植物效率限制的关键隐含知识。而CO₂浓缩机制（C4/CAM途径）则作为拓展阅读材料，用于展示植物如何通过特殊的“时空策略”来规避光呼吸，以适应干旱炎热环境。至于人工光合作用，它通常出现在“科学·技术·社会”栏目，作为模仿自然光合原理解决能源问题的前沿科技情境，考查知识迁移能力。2．大学相关教材：《植物学》、《植物生理学》、《生物化学》。大学教材将高中“产生ATP和[H]”的模糊描述，精确为光系统II与I的“Z链”接力，阐明电子传递驱动质子梯度以合成ATP的化学渗透机制，核心是光能→电能→化学能的膜蛋白精密转换。同时将光呼吸明确定义为Rubisco酶固定O₂引发的“氧化型卡尔文循环”，并揭示这是一个耗费能量的跨细胞器（叶绿体、过氧化物酶体、线粒体）C2循环，同时探讨其在胁迫中可能存在的生理功能。其内涵从高中知识点上升为“结构与功能协同”的生存策略。【考向预测】预测1光合电子传递、光合磷酸化与物质跨膜运输问题的综合考察预测2光抑制与光保护机制、光呼吸、CO2浓缩机制与植物逆境胁迫的调节预测3“人工叶绿体”、“人工合成淀粉”与“二氧化碳固定”的新情境（建议用时：45分钟）1.(2025·福建厦门二模)紫色硫细菌是一种光合细菌。如图为该细菌光复合系统参与代谢过程的简图。下列叙述正确的是 ()A.紫色硫细菌的光复合系统含有色素和蛋白质B.光复合系统上氧化型辅酶Ⅰ转化成还原型辅酶ⅠC.图示过程在紫色硫细菌的类囊体薄膜上完成D.紫色硫细菌能为其他生物提供氧气和有机物【答案】A【分析】光复合系统可利用光生成ATP与NADPH，与光合作用光反应过程相似。但要注意原核光合生物与真核光合生物的区别（有无叶绿体、类囊体，产氧与否）【详解】A、由图可知,紫色硫细菌的光复合系统可利用光生成ATP与NADPH,其光复合系统含有色素和蛋白质(如蛋白质类酶),A正确;光复合系统上氧化型辅酶Ⅱ(NADP+)转化成还原型辅酶Ⅱ(NADPH),B错误;紫色硫细菌为原核生物,无叶绿体,自然也无类囊体薄膜,C错误;紫色硫细菌光反应的反应物是H2S,产物是S,不产生O2,D错误。（2025·辽宁七校联考）叶绿体是一种动态的细胞器，随着光照强度的变化，在胞中的分布和位置也会发生相应改变，称为叶绿体定位。CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成细胞骨架中微丝蛋白的重要成分)相结合，用野生型拟南芥和CHUP1蛋白缺失型拟南芥进行实验，观察到在不同光照强度下叶肉细胞中叶绿体的分布情况如图。下列叙述错误的弱光强光弱光强光正常叶肉细胞CHUP1蛋白缺失的叶肉细胞A.推测叶绿体通过CHUP1蛋白锚定在微丝蛋白上，因而CHUP1蛋白应该位于叶绿体的内膜上B.叶绿体中的光合色素可吸收、传递和转化光能，并将吸收的能量储存在ATP和NADPH中C.若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常，推测叶绿体的运动可能与微丝蛋白有关D.弱光条件下，正常叶肉细胞的叶绿体主要分布在细胞顶面，有利于叶肉细胞更充分地吸收光能【答案】A【分析】考察光合作用的相关细胞结构与功能，题目涉及叶绿体在细胞内的动态定位，该过程依赖于叶绿体外膜的CHUP1蛋白与细胞骨架（微丝）的相互作用，以实现对光照条件变化的适应性响应，从而优化光能捕获与利用效率。【详解】A、叶绿体的结构与功能、叶绿体中光合色素的功能根据题意推测叶绿体通过CHUP1蛋白锚定在微丝蛋白上，并不能得出CHUP1蛋白位于叶绿体的内膜上，A错误。叶绿体中的光合色素可吸收、传递和转化光能，并将能量储存在NADPH和ATP中，B正确。细胞骨架与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转化、信息传递等生命活动密切相关，若破坏细胞内的微丝蛋白(细胞骨架成分)后，叶绿体定位异常，可推测叶绿体的定位可能与微丝蛋白有关，C正确。据图可知，强光条件下，正常叶肉细胞的叶绿体分布在细胞侧面，以避免强光的灼伤；弱光条件下，正常叶肉细胞的叶绿体主要分布在细胞顶面，能充分吸收光能，保证高效率的光合作用，D正确。3. (2024·福建卷)叶片从黑暗中转移到光照下,其光合速率要先经过一个增高过程,然后达到稳定的高水平状态,这个增高过程称为光合作用的光诱导期。已知黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态,壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。为研究气孔开放与光诱导期的关系,科研人员将大豆叶片分为两组,A组不处理,B组用壳梭孢素处理,将两组叶片从黑暗中转移到光照下,测定光合速率,结果如图所示。下列分析正确的是 ()A.0min时,A组胞间CO2浓度等于B组胞间CO2浓度B.30min时,B组叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组C.30min时,限制A组光合速率的主要因素是光照时间D.与A组叶片相比,B组叶片光合作用的光诱导期更长【答案】B【分析】本题研究光合作用光诱导期与气孔开度的关系。黑暗下气孔关闭，光照后气孔缓慢开放导致CO₂供应不足，限制光合速率上升；壳梭孢素提前打开气孔可缩短光诱导期。【详解】A、0min时,无光照,叶片只进行呼吸作用,但A组气孔处于关闭状态,B组用壳梭孢素处理,气孔处于开放状态,因此两组胞间CO2浓度不同,A错误;B、30min时,B组的光合速率大于A组,说明B组的暗反应速率也大于A组,B正确;大约23min后,A组的光合速率几乎不随着光照时间的变化而变化,因此30min时限制A组光合速率的主要因素不是光照时间,C错误;D、由图可知,从黑暗中转移到光照下,A组叶片光合速率增高达到稳定的高水平状态所需时间长于B组,即A组光诱导期长于B组,D错误。4.(2025·广东惠州三模)研究人员将C6(能提高光反应中电子传递效率)和SBP(可促进卡尔文循环中C5的再生)两个基因分别导入烟草中获得C6和SB株系。利用C6和SB株系获得纯合双转基因C6SB株系,在温室提供一定浓度CO2的条件下,检测四种株系的相关指标,结果如表。说法错误的是 ()A.C6基因的产物可能与ATP、NADPH生成有关B.SBP基因的产物在叶绿体基质中发挥作用C.与野生型相比,C6株系光合速率的增加体现了暗反应能促进光反应D.与SB株系相比,C6SB株系光合速率的增加体现了光反应能促进暗反应【答案】D【分析】本题涉及光合作用光反应与暗反应的相互制约关系。光反应通过电子传递链产生ATP和NADPH，暗反应（卡尔文循环）利用这些能量和还原力固定CO₂。C6基因增强光反应，SBP基因增强暗反应C5再生；双转基因株系增效说明光反应与暗反应协调提升可突破单一环节的限制，体现了光合作用中光反应为暗反应提供能量、暗反应对光反应有反馈需求的内在联系。【详解】A、由题意知,C6基因的产物能提高光反应中电子传递效率,而光反应中电子传递效率影响着ATP、NADPH的生成量,推测C6基因的产物可能与ATP和NADPH生成有关,A正确;B、SBP基因的产物可促进卡尔文循环中C5的再生,C5再生的场所是叶绿体基质,B正确;C、与野生型相比,C6株系电子传递速率高,而光反应电子传递速率高会使ATP和NADPH生成速率高,使它们参与的C5再生(暗反应)速率高,体现了光反应能促进暗反应,C错误;D、与SB株系相比,C6SB株系光合速率的增加是因为C6SB株系电子传递速率高,体现了光反应能促进暗反应,D正确。5．(2025·河北唐山模拟)Science发表了中国科学家人工合成淀粉的论文，在实验条件下，科学家们设计了化学聚糖主反应。对比植物光合作用，此反应大大提高了淀粉合成效率。据图分析，下列叙述正确的是()A．光合作用中类似于CO2→C1中间体→C3中间体的过程，有酶和ATP即可进行B．人工合成淀粉过程中需多种酶参与，可以通过改造酶基因来提高催化的效率C．植物光合作用与人工合成淀粉的途径中，都是利用还原剂作用于CO2D．若两者固定CO2量相等，植物光合作用与人工合成淀粉的途径积累的淀粉量相等【答案】A【分析】本题对比植物光合作用与人工合成淀粉的途径差异。植物通过卡尔文循环固定CO₂（羧化后再还原），需光反应提供ATP与NADPH，且碳分配存在损耗；人工途径可设计更短、更高效的酶促反应，通过基因工程改造酶可提升效率。两者在能量利用、中间产物与最终淀粉产率上存在显著不同。【详解】A、绿色植物叶肉细胞内类似于人工合成淀粉新途径中由CO2→C1中间体→C3中间体的过程的是CO2的固定，不需要光反应提供ATP，A错误；可通过蛋白质工程实现对相关酶基因的改造，从而提高催化效率，B正确；植物光合作用中还原剂作用于C3，而图示中人工合成过程还原剂作用于CO2，C错误；在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，光合作用、人工合成淀粉两种途径合成淀粉的量相同，而人工合成淀粉途径没有呼吸作用消耗淀粉，因此人工合成淀粉途径积累的淀粉量更多，D错误。6．(2024·江苏苏州模拟)玉米等C4植物通过光合作用C4途径，使其能在高温下保持产量。仙人掌等景天科植物则以光合作用CAM途径，助其在沙漠和其他缺水地区生存。研究表明，马齿苋的光合作用整合了C4途径和CAM途径，主要过程如下图。请回答下列问题：(1)C4途径和CAM途径中，CO2先经历C4途径，然后在RuBP羧化酶的作用下与____结合，这个过程被称作CO2的固定，其发生的场所是____________________________。(2)马齿苋的光合细胞有______________________，________细胞中的叶绿体只能进行暗反应，据图推测其原因是其缺少了______________(结构)。图中A表示的物质有__________________。(3)图中①表示的结构是________，叶肉细胞和维管束鞘细胞间具有大量该结构的意义是____________________。(4)研究发现，当水分充足时，马齿苋叶片中主要进行C4途径，而处于干旱环境时，可以进行C4途径和CAM途径，该调节机制使马齿苋即使在干旱环境下也可通过在夜间________，并且以______的形式储存，为光合作用提供足够原料。说明马齿苋具有________________________的优势。【答案】（1）C5维管束鞘细胞叶绿体(基质)（2）叶肉细胞和维管束鞘细胞维管束鞘类囊体(薄膜)ATP和NADPH（3）胞间连丝提高了物质的运输效率（4）吸收CO2苹果酸抵御长期干旱同时更加高产【详解】（1）据题图可知，C4途径和CAM途径中，CO2先经历C4途径，然后在RuBP羧化酶的作用下与C5结合，这个过程被称作CO2的固定，发生的场所为维管束鞘细胞叶绿体(基质)。（2）马齿苋的光合作用整合了C4途径和CAM途径，C4途径中CO2固定分别发生在叶肉细胞中通过PEP羧化酶作用与PEP反应生成草酰乙酸和发生于维管束鞘细胞中与C5结合形成C3，因此马齿苋的光合细胞有叶肉细胞和维管束鞘细胞。而维管束鞘细胞中的叶绿体只能进行暗反应，通过题图可推测其原因是缺少了类囊体(薄膜)，没有色素和与光反应有关的酶。光反应能产生ATP和NADPH，可以用于暗反应中C3的还原，因此推测A代表的物质是ATP和NADPH。（3）题图中①是细胞间可以进行物质运输和信息交流的结构，表示胞间连丝。高等植物细胞间可以通过胞间连丝进行物质运输和信息交流，所以叶肉细胞和维管束鞘细胞间具有大量该结构的意义是可以提高物质运输的效率。（4）马齿苋叶片在处于干旱环境时可以进行C4途径和CAM途径，而CAM途径中夜晚吸收CO2，经过一系列过程形成苹果酸，储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸释放CO2用于光合作用，为光合作用提供足够原料，更加高产，同时说明了马齿苋具有抗干旱的优势。7. (2025·山东卷)高光强环境下,植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤,引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长,其部分光合过程如图所示。 (1)叶绿体膜的基本支架是_____________;叶绿体中含有许多由类囊体组成的_______,扩展了受光面积。(2)据图分析,生成NADPH所需的电子源于_____。采用同位素示踪法可追踪物质的去向,用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后,以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时,能进入线粒体基质且被3H标记的物质有H2O、__________________。离心收集绿藻并重新放入含 O的培养液中,在适宜光照条件下继续培养,绿藻产生的带18O标记的气体有___________。(3)据图分析,通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为_________________________________________________________________。【答案】（1）磷脂双分子层基粒（2）H2O丙酮酸和[H](NADH)O2和CO2（3）途径①以电能的方式耗散光能;途径②以热能的方式耗散光能【详解】(1)生物膜的基本支架为磷脂双分子层,每个基粒由一个个类囊体堆叠而成。(2)图中虚线箭头表示电子的传递路径,据图可知,电子来源于水的光解。用含3H2O的溶液培养绿藻,3H2O可参与光合作用而使主要光合产物葡萄糖含3H标记(3H2O光解得到3H+→3H+参与NADPH的合成→NADPH(含3H)参与C3的还原→含3H标记的葡萄糖),以含3H标记的葡萄糖为原料进行有氧呼吸时,葡萄糖在细胞质基质被分解成含3H标记的丙酮酸和NADH,含3H标记的丙酮酸和3H2O可进入线粒体基质反应生成CO2和含3H标记的NADH。绿藻可利用18O通过光合作用生成18O2,也可利用3H2O通过有氧呼吸第二阶段生成C18O2。(3)据图可知,途径①一部分电子传递给O2生成H2O2,进一步将H2O2分解为H2O,主要以电能的方式耗散光能。途径②Y将一部分光能传递给Z,Z将光能转化为热能8. (2025·广东卷)我国科学家以不同植物为材料,在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图a);比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图b),鉴定到突变体发生了PIL15基因的功能缺失,并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。回答下列问题:(1)图a中,当胞间CO2浓度在900~1200μmol·mol-1范围时,红光下光合速率的限制因子是__________,推测此时蓝光下净光合速率更高的原因是___________________________。(2)图b中,突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近,推测其原因是_____________________________________________________________________________。(3)归纳上述两个研究内容,总结出光影响植物的两条通路(图c)。通路1中,①吸收的光在叶绿体中最终被转化为____________________。通路2中吸收光的物质②为________。用箭头完成图c中②所介导的通路,并在箭头旁用“(+)”或“(-)”标注前后两者间的作用,(+)表示正相关,(-)表示负相关。(4)根据图c中相关信息,概括出植物利用光的方式:______________________________________。【答案】（1）光照强度植物对蓝光利用效率更高（2）突变体水稻PIL15基因的功能缺失,使得脱落酸信号通路异常,无法正常调控气孔的开闭（3）有机物中稳定的化学能光敏色素（4）光照既可以为植物提供能量,又可以作为信号【详解】(1)限制因素的分析方法如图所示:胞间CO2浓度处于900~1200μmol·mol-1时,红光条件下的净光合速率达到最大值并保持稳定,低于同等条件下的蓝光对应的净光合速率,即同等CO2浓度条件下,蓝光合成有机物的速率更快,推测光合色素对不同光质(不同颜色的光)的吸收利用效率不同,蓝光条件下的光反应速率更快,产生的ATP和NADPH更多,因而C3还原速率更快,有机物合成速率也更快。(2)(3)题目信息结合教材内容如下:(4)综上分析,植物利用光的第一种途径是以光为能源,驱动光合作用的进行,把CO2和水合成有机物,将光能转变为化学能储存在有机物中;第二种途径是以光为信号,光敏色素接收并传递光信号影响细胞核中相关基因表达,从而调控植物的生命活动。9.(2025·安徽合肥二模)在拟南芥叶肉细胞中,有机物分解释放CO2的代谢途径有光呼吸和细胞呼吸等。其中,光呼吸与光合作用密切关联,二者强度受CO2和O2相对浓度等因素调节。相关有机物的演变及其

关键酶促反应如图1所示,回答下列问题。 (1)细胞呼吸代谢途径与光呼吸存在交集,都与生命活动的能量代谢有关。请参考图1中的表示形式,在虚线框中补充有关的物质变化,使各代谢途径联系在一起。(2)在适宜条件下,突然停止光照,水稻叶片CO2释放量先增加后下降,然后逐渐稳定。据图1分析,叶片CO2释放量下降的原因是光反应停止后,_______________________________________________________。(3)图1中GDC酶主要分布在叶肉细胞,在非光合组织中含量极低,H蛋白是其重要组分。为了探究H蛋白对拟南芥幼苗生长的影响,研究者在充足光照条件下,做了相关研究,结果如下:注:WT组为正常对照组;L组为H基因低表达组;H组为H基因全株过量表达组;HS组为H基因叶细胞特异性过量表达组。①强光下,光、暗反应失衡,过剩能量会转移给O2形成氧自由基。图2中H组和HS组光合速率高于WT组的原因是____________________________________,从而减少氧自由基的含量,使叶绿体的膜损伤程度降低,有利于光反应强度的维持。②检测结果表明,与WT组相比,H组植株光合速率更高,但生长却受到了抑制。对此,AI给出的解释之一是:在H组植株的线粒体中,“2C2→C3+CO2(脱羧反应)”的反应增强,改变了线粒体内的NADH/NAD+的值,影响其能量代谢的平衡,使细胞呼吸分解的有机物增多,导致干重下降。对于这个解释,某同学认为不合理,他的理由可能是:______________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出1点)。(4)综合本题信息,若要在强光下提高大棚蔬菜产量,除“在叶中过量表达H基因”外,还可采取的措施有______________________________________________________________(答出1点)。【答案】（1）（2）NADPH和ATP逐渐耗尽导致C5无法再生,光呼吸因缺乏C5、ATP而逐渐减弱（3）①H蛋白含量增加促进光呼吸,消耗过剩能量②GDC酶在非光合细胞中含量极低,仅提高H蛋白含量不足以增强脱羧反应或增强的脱羧反应会使线粒体内NADH/NAD+升高,导致有氧呼吸因NAD+供应不足而减弱（4）适当提高大棚内O2的相对含量/适量使用光呼吸促进剂等(合理即可)【详解】(1)图中虚线框所在的场所是线粒体基质,且与NAD+、NADH、CO2有关,可推测虚线框内为有氧呼吸第二阶段,化学反应为：丙酮酸+H2O+NAD+→CO2+NADH+少量能量。(2)图1中,光照突然停止初始阶段,光反应降低,导致暗反应降低,“CO2+C5→2C3”反应减弱,而光呼吸“O2+C5→C2→CO2”相关反应增强,故CO2先增加,但随着存留的NADPH和ATP的耗尽,导致C5无法再生,光呼吸因缺乏C5、ATP而逐渐减弱,最终导致叶片CO2释放量下降。(3)①强光下,光、暗反应失衡,过剩能量会转移给O2形成氧自由基。H组的H基因全株过量表达,HS组的H基因在叶细胞特异性过量表达,HS组、H组光合速率相对值和干重均大于WT组,故可推测H蛋白含量增加促进光呼吸,消耗过剩能量,从而减少氧自由基的含量,使叶绿体的膜损伤程度降低,有利于光反应强度的维持。②GDC酶能在过氧化物酶体中催化C2转化为C3、CO2(即脱羧反应),而GDC酶主要分布在叶肉细胞,在非光合组织中含量极低,H蛋白是其重要组分,仅提高H蛋白含量不足以增强脱羧反应或者增强的脱羧反应会使线粒体内NADH/NAD+升高,导致有氧呼吸因NAD+供应不足而减弱,所以该同学认为AI给出的解释不合理。(4)若要在强光下提高大棚蔬菜产量,除“在叶中过量表达H基因”外,还可以通过其他方法促进叶细胞的光呼吸,所以可以适当提高大棚内O2的相对含量或适量使用光呼吸促进剂等。10.（2025江南十校联考）水稻是我国重要的粮食作物之一，开展水稻高产攻关是促进粮食高产优产、筑牢粮食安全根基的关键举措。为获得优质的水稻品种，科学家开展了多项研究。请回答下列问题：(1)水稻叶肉细胞中的类胡萝卜素主要吸收,光合作用产物中的可以进入