高考生物-细胞代谢综合分析（专项训练）-含解析

第12讲细胞代谢综合分析

题型一光合作用与细胞呼吸的联系

1.（2022・全国乙卷•高考真题）某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光

照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合

理的是（）

A.初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率

B.初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定

C.初期呼吸速率大于光合速密，之后呼吸谏率等于洋合速率

D.初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率

2.下面是某种蓝莓叶肉细胞中光合作用和呼吸作用的物质变化示意简图，其中①〜⑤为生理过程，a~h为物

质名称，下列说法错误的是（）

旧]

修

[H]Z|

b

①②③④⑤

A.过程①发生的能量变化是光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能

B.物质h是C3,暗反应为光反应提供的物质有ADP、Pi利NADP*

C.上述①~⑤过程中，能产生ATP的过程是①③⑤

D.用"C标记的g参与光合作用，短时间内其转移途径是gTh-＞（CH2O）

3.下图表示光合作用和呼吸作用之间的能量转变过程，下列说法错误的是（）

A.只有含叶绿素的细胞才能进行过程①和③

B.过程③④发生的场所分别为口I•绿体基质和线粒体基质

C.过程①中光能转变为活跃的化学能贮存在ATP和NADPH中

D.有氧呼吸过程中产生的NADH,主要来自第二阶段

4.下图为绿色植物部分物质和能量转换过程的示意图，下列叙述正确的是（）

A.过程①发生在叶绿体中，过程③发生在线粒体中

B.过程①产生NADH,过程③消耗NADPH

C.若叶肉细胞中过程②速率大于过程③，则植物干重不一定增加

D.过程③中ATP的合成与吸能反应相联系，过程④与放能反应相联系

5.下图表示某植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和6产生总量的变化。假设不同光照强度下

细胞呼吸强度相等，卜列叙述错误的是（）

A.光照强度为a点时该植物产生ATP的细胞器只有线粒体

B.光照强度为b点时该植物光合作用速率与细胞呼吸速率相等

C.光照强度为c点时植物呼吸作用产生了6个单位的CO2

D.光照强度为＜1点时该植物能积累有机物而正常生长

6.（2023・河北•高考真题）拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转

运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段，叶肉细胞H基因表达量下降，细胞质基质ATP向成熟叶绿

体转运受阻。

回答下列问题：

（1）未成熟叶绿体发育所需ATP主要在—合成，经细胞质基质进入叶绿体。

⑵光照时，叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能，将其转化为ATP和—中的化学能，这些化学能经一阶段释

放并转化为糖类中的化学能。

（3）研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达，对转H基因和非转基因叶肉细

胞进行黑暗处理，之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度，结果如图。相对于非转基因细

胞，转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显—。据此推测，H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被_（填

“叶绿体”或“线粒体”）大量消耗，细胞有氧呼吸强度

10o■

口细胞质基质

A8o■

T・叶绿体基质

P

益6o■

二

架4o■

匾2O

・

0

非转基因转H基闪

叶肉细胞叶肉细胞

（4）综合上述分析，叶肉细胞通过下调—阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体，从而防止线粒体以保

证光合产物可转运到其他细胞供能。

7.（2024.新课标卷.高考真题）某同学将一种高等植物幼苗分为4组（a、b、c、d）,分别置于密闭装置中

照光培养，a、b、c、d组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间（t）后测定装置内O2

浓度，结果如图所示，其中M为初始02浓度，c、d组02浓度相同。回答下列问题。

（1）太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是,原因是。

⑵光照I时间时，a组CO?浓度______（填“大于”“小于”或“等于”）b组。

（3）若延长光照时间c、d组02浓度不再增加，则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是组，判

断依据是。

（4）光照I时间后，将d组密闭装置打开，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会（填“升高"降

低”或“不变。

题型二光合速率测定方式

8.某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，室温25℃下进行了一系列的实验，对实验过程中装置条

件及结果的叙述错误的是（）

密闭

小室

6耳」X溶液

装置内氧气充足，不考虑无氧呼吸

A.若X溶液为COz缓冲液并给予光照时，液滴移动距离可表示净光合作用强度大小

B.若要测真正光合强度，需另加设一装置遮光处理，X溶液为NaOH溶液

C.若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，呼吸作用产生的CO2全部被光合作用所用

D.若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为淀粉时，液滴右移

9.甲图中，A、B分别为培植于无色透明气球内、质量相等的某植物幼苗，气球可膨胀、收缩；其中B已

死亡.气球内的培养液中均含C02缓冲液（维持气球内CO2浓度不变）初始时指针指向正中零的位置.乙

图为相同时间内测得的灯泡到水面的距离与指针偏转格数的关系曲线，每次实验后指针复零下列对于相关

描述，不正确的是（）

A.该实验的目的是研究光照强度对光合作用的影响

B.由于幼苗进行光合作用使A侧浮力增大，指针右偏

C.ce段说明随灯光距离的增大，单位时间内02释放量减少

D.f点与a、b、c、d点的指针偏转方向相反，此时细胞呼吸速率大于光合速率

10.某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率，做了如图所示实验。在叶柄基部作环剥处理（仅限制

叶片有机物的输入和输出），于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1cm?的叶圆片烘干后称其重量,

测得叶片的叶绿体光合作用速率;（2y-z-x）/6（g/（cnRh）］（不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温

度微小变化对叶生理活动的影响）。则M处的实验条件是（）

环剥后的叶柄

上午10时移走的下午4时移走的叶圆片

叶囱片庄重x克）叶囱升（下董y竞）（干黄Z克）

A.下午4时后将整个实验装置遮光3小时

B.下午4时后将整个实验装置遮光6小时

C.下午4时后在阳光下照射1小时

D.晚上8时后在无光下放置3小时

11.某课外小组用传感器测定了不同条件下250ml有鱼和无鱼池塘水的溶解氧变化，获得如下数据。下列

说法正确的是

编号12345

条件26℃光照26c黑暗26c光照10C光照1（）℃黑暗

材料池水池水池水+鱼池水池水+鱼

2小时后的溶0.378-0.065-0.758-0.03-0.215

解氧变化（Mg）

A.I号瓶池水中藻类光合作用产生的氧气量为0.378pig

B.4号瓶池水中藻类不能进行光合作用

C.26℃条件下鱼呼吸作用消耗的氧气量为1.136四

D.池水中藻类光合作用的最适温度为26℃

12.（2023・北京•高考真题）在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解

错误的是（）

=。

工

)

<

瑕

冬

鹭

0

0

叶温（℃）

A.在低光强下，CO?吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升

B.在高光强下，M点左侧CCh吸收速率升高与光合酶活性增强相关

C.在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用

D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大

13.将叶面积相等的A、B两种植物的叶片分别放置在相同的、温度适宜且恒定的密闭小室中，给予充足的

光照，利用红外测量仪每隔5min测定一次小室中的CO?浓度，结果如图所示。对此实验叙述正确的是（）

COl的浓度/mmolL”

A植物

H植物

4。DtM/min

A.此实验可用于验证A植物比B植物具有更强的固定CO2的能力

B.当CCh浓度约为0.8mmol/L时，A、B两植物的光合作用强度相等

C.30min以后，两种植物叶片光合作用强度都与呼吸作用强度相等

D.若A植物在第5min时光照突然降低，Cs含量将增加

14.为了研究温度对绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，某生物兴趣小组利用植物光合测定装置进行实

验（如图甲）.在适宜的光照和不同的温用条件下测定的CO,的吸收量与释放量绘制了乙图.结合相关知

识，回答下列问题：(提示：有色液滴移动1cm相当于乙图中的1个单位)

(

£一•光照下CO?的吸收过

84—黑暗中co?的释放量

炎光源白.00

定3.00

---------1、鬻蹲第盘2.00

写苍液滴卬.00

曲

密闭透明小室却

支架『6

0

X溶液。

甲图

(1)若用甲图装置测定20℃条件下的光合速率，则X应为溶液，同时需要适宜的光照强度：为了

排除环境中无关因素的影响，还需要设计除外均与实验组相同的对照组。

(2)用甲图装置测定20C条件下该植物的呼吸速率，需要对该装置做处理；根据乙图的相关数据，

计算此时植物的呼吸速率为mg/ho

(3)若在5℃和一定的光照条件下，发现甲图装置的有色液滴在1小时内没有移动，其原因是；若在

适宜的光照和5c的条件下，有色液滴在I小时内向右移动了1cm,这1cm代表的含义是,结合

乙图的相关数据，可知此时该植物的光合速率等于mg/ha

(4)在光照等其他条件适宜的情况下，在℃条件下，有色液滴向右移动的距离最大。b点代表的含义

是,b点的光合速率-(填“大于”“等于”或“小于”)35c的光合速率。

题型三电子传递

15.下图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，psI和psI【分别是光系统【和光系统^,是叶绿素和蛋白

质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递，PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，其中PQ在传递

电子的同时能将H+运输到类囊体腔中，图中实线为电子的传递过程，虚线为H+的运输过程，ATP合成酶由

CF。和CR两部分组成，在进行H+顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成。请回答下列问题：

⑴分析图中电子传递的整个过程可知，可以丢失电子的物质是，最终接受电子的物质

为O

(2)光反应产生的氧气去向是o图中用于暗反应的物质是。叶绿体产生的02

进入线粒体至少穿过_________层膜结构。

(3)合成ATP依赖于类囊体薄膜两恻的H+浓度差，图中使膜两侧H+浓度差增加的过程有o

(4)研究发现，叶绿素中含有镁元素，PSI中含铁元素，PC中含铜元素，PSII中含锌元素，由比推测，通过

可防止光合作用的效率降低.

题型四不同环境下植物光合作用的分析

16.生活在干旱地区的•些植物［如植物甲)具有特殊的C02固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收C02,

吸收的C02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峻释放的CO2可用于光

合作用。回答下列问题:

⑴白天叶肉细胞产生ATP的场所有。光合作用所需的C02来源于苹果酸脱粉和释放

的CO2o

(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。

17.(2021•辽宁•高考真题)早期地球大气中的02浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中02浓度显著

增加，CO?浓度明显下降。现在大气中的C02浓度约390PlmolmolL是限制植物光合作用速率的重要因素。

核酎糖二磷酸竣化酶/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CO?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

CCh的固定。回答下列问胭：

(I)真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO?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CCh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HCQ,-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的生理过程有o

图1

(3)某些植物还有另一种COz浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸竣化酶(PEPC)

可将HCCh-转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终讲入相邻的维管束鞘细胞释放CO?,樨高了

Rubisco附近的CO2浓度。

叶肉细胞叶绿体维管束鞘细胞叶球体

PEP：磷酸烯醇式丙酮酸；OAA：草酰乙酸；Mal：苹果酸；Pyr：丙酮酸

图2

①由这种C02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“）Rubisco0

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C02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o

A.改造植物的HCO3-转运蛋白基因，增强HCO3-的运输能力

B.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C02浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物

18.下左图为CAM代谢途径，右图为C4途径示意图。请回答：

（1）C3植物固定CO2的最初受体是（物质）：CAM植物固定CO2的场所有，受体有_

（物质）。光合作用过程中CO?来源相同的植物有（"C3”“CLCAM”植物）。

（2）C4植物光合作用中淀粉在（场所）合成，正常条件下叶片的光合产物不会全部运输到其他部

位，原因有、。

（3）在生理上，C4植物一般比C3植物的光合作用强，主要原因有、。

（4）不同植物固定CCh途径存在差异的根本原因是,从进化角度分析是的结果。

19.（23-24高三上.安徽.阶段练习）植物的叶肉细胞在光下有一个与呼吸作用不同的生理过程，即在光照

下叶肉细胞吸收02,释放CO2。由于这种反应需叶绿体参与并与光合作用同时发生，故称光呼吸。RuBisCO

是一个双功能的酶，具有催化竣化反应和加氧反应两种功能。RuBP(C5)既可与CO2结合，经此酶催化生

成PGA(C3),进行光合作用：又可与02在此前催化下生成1分子PGA和1分子PG(C2),进行光呼吸,

如果光呼吸发生在进行光合作用的生物中，光呼吸最多会抵消约30%的光合作用。具体过程如图：

(1)卡尔文循环为光反应提供的物质是卡尔文循环中发生的能量转变是若突然停止光照，短时间内

C3的含量将_(填写“增加”、“不变”或减少。

(2)光合作用光反应阶段产生的还原型辅酶n在卡尔文循环中的伦用是

(3)光呼吸出现的原因是RuBisCO的活性中心不能分辨氧气和二氧化碳，在酶动力学称为竞争性抑制。正常

光合作用的叶片突然停止光照后会出现快速释放CO?的现象(CO2猝发)，据图分析这一现象产生的主要

原因是一O

(4)温室栽培蔬菜时可通过—的措施，既降低光呼吸、提高光合作用，同时又增加了土壤的肥力。

02

A.人体某些细胞中的①过程可以不消耗能量

B.⑥过程的存在能说明细胞呼吸是生物体代谢的枢纽

C.③过程可以产生人体的某些非必需氨基酸

D.人体成熟红细胞能进行图中的①②®过程

?新考法2.（23-24高二下•安徽滁州・期末）植物在进化过程中会形成各式各样适应环境的机制，下图表

示某植物叶肉细胞进行的生理代谢反应（图中①②表示相关过程）。一般条件下，Rubisco可以催化C5与

8?结合：在强光照条件下，CO?吸收受阻，此时过高的02会在Rubisco的作用F氧化C5,此过程属于''光

呼吸光呼吸是一种借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成的消耗能鼠•的反应。有数据表明，该植物

在Oz/CCh偏高的情况下，其叶绿体内NADPH/NAD产的比值较高，会导致生成更多的自由基，使其叶绿体

的结构和功能受到损伤。

请回答下列问题：

（1）过程①的进行需要光反应过程提供。C5重新形成的意义是o

（2）过程②增强是该植物对强光照的适应：在强光照条件下，光呼吸可以减少的生成，使叶绿体的结构

和功能免受损伤，对植物体有保护作用。过程②增强时，该植物细胞的光合速率会降低，原因是o

（3）当叶绿体内NADPH/NADX的比值升高时，易发生光呼吸，无反应速率（填“大于''或“小于”）暗反

应速率。

（4）为与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”。请依据题中相关信息和所学知识写出光呼吸

与暗呼吸的不同（至少答两点）：o

3.图1是在温度和CO2等其他因素均适宜的条件卜测定的玉米叶和小麦叶的总光合速率与呼吸速率的比值

（P/R）与光照强度的关系，同时测定了小麦和玉米叶肉细胞的D1蛋白、F蛋白及氧气释放速率的相对量

与光照强度的关系，结果如下表所示（“十”多表示量多）。已知叶绿素a通常与DI蛋白等物质结合，构成

光合复合体PSII（可使水发生光解）。

P/R

图1

光照强

abCdef

度

D1蛋白

+++++++++++++++++++++

含量

小F蛋白含

+++++++++++++++++++++

麦量

氧气释

+++++++++++++++++++

放速率

D1蛋白

+++++++++++++++++++++++++

含量

玉F蛋白含

+++++++++++++++++++++++++

米量

氧气释

+++++++++++++++++++++

放速率

(i)根据题意，光合复合体PSI【位于,其，色素具有光能的作用，用法分离光合色

素所依据的原理是o

⑵结合表中信息分析，在图1中的d光强下，玉米叶的总光合速率(填“大于”“等于“或外于“)小

麦叶的总光合速率。

(3)D1蛋白极易受到强光破坏，被破坏的DI蛋白降解后，空出相应的位置，新合成的D1蛋白才能占据相

应位置，使PSH得以修复。叶绿素酶(CLH)可催化叶绿素a降解，结合态的叶绿素a不易被降解。CLH

与F蛋白结合后可催化被破坏的D1蛋白的降解。结合表中信息分析，在强光下玉米叶的氧气释放速率比小

麦叶降低更慢的原因是0

（4）玉米称为C4植物，其光合作用的暗反应过程如图2所示，酶1为PEP瘦化酸，可以固定低浓度的CCh

形成C4,酶2为RuBP陵化酶，可以固定高浓度的CO2形成C3,对低浓度的CO2没有固定能力。则的1固

定CO2的能力比酶2（填“强”或“弱”）。小麦叶肉细胞没有酶1催化生成C4的过程，称为C3植物，

其光合作用均在叶肉细胞完成。据上述信息分析♦，与小麦相比，玉米更适应高温、干旱环境的依据是

|叶肉细胞|维管束鞘

中的叶绿体细胞中的叶绿体

.萧4

-NADPH

-NADP

—C3

ATP

ADP+PiATP然酮酸）ADP+Pi

03

一、单选题

1.（2024・重庆・高考真题）肿瘤所处环境中的细胞毒性T细胞存在题图所示代谢过程。其中，PC酶和PDH

醒控制着丙酮酸产生不同的代谢产物，进入有氧呼吸三竣酸循环。增加PC酶的活性会增加琥珀酸的释放，

琥珀酸与受体结合可增强细胞毒性T细胞的杀伤能力，若环境中存在乳酸，PC酶的活性会被抑制。下列叙

述正确的是（）

PDH酶

途径①

PC酶

二破酸

循环

琥珀酸

受体

细胞毒性T细胞

图中三拨酸循环的代谢反应直接需要氧

图中草酰乙酸和乙酰辅酹A均产生于线粒体内膜

C.肿瘤细胞无氧呼吸会增强细胞毒性T细胞的杀伤能力

D.葡萄糖有氧呼吸的所有代谢反应中至少有5步会生成[H]

2.（2024.福建・高考真题）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

梭犯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组用壳梭抱索处理，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。

起

玄

箕

裕

朋

如

兴

0102030

光照时间（min）

下列分析正确的是（）

A.Omin时，A组胞间CO2浓度等于B组胞间CO?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

3.（2025♦全国卷•高考真题）在一定温度下，生长在大田的某种植物光合速率（COZ固定速率〕和呼吸速率

（C02释放速率）对光照强度的响应曲线如图所示。下列叙述错误的是（）

树

照

(光合速率

轻

飕

)

肥

6画

。二

Oab

光照强度

A.光照强度为a时，该植物的干重不会增加

B.光照强度从a逐渐增加到b时，该植物生长速率逐渐增大

C.光照强度小于b时，提高大田CO?浓度，CO?固定速率会增大

D.光照强度为b时，适当降低光反应速率，C02固定速率会降低

二、解答题

4.（2025・云南•高考真题）不当施肥、人为踩踏、大型农业机械碾压等因素均会导致土壤结构破坏，如土

壤紧实等。为研究土壤紧实对植物生长发育的影响，研究人员分别用压实的土壤（压实组）和未压实的土

壤（疏松组）种植黄瓜，得到黄瓜根系中苹果酸和酒精含量数据如表。

组别苹果酸/(pmol-g1)酒精/(i-unolg1)

压实组0.271±0.0056114+0.013

疏松组0.467±0.0042.233±0.040

回答下列问题：

⑴本实验中苹果酸主要在根系细胞的线粒体基质中生成，由此可推测，其为（填“有较’或“无氧”）

呼吸的中间产物。

（2）用较于疏松组，压实组黄瓜根系的无氧呼吸更强，依据是,为维持根系细胞正

常生命活动，压实组消耗的有机物总量更（填“多”或“少”），原因是；根吸

收水分的能力减弱，叶片气孔,光合作用阶段首先受抑制，有机物合成减少。最终

导致有机物积累减少，黄瓜生长缓慢。

（3）为解决土壤紧实的问题，可以采取的措施有（答出2点即可）。

5.（2025・河南・高考真题）光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高

盐含量（盐胁迫）下某作物生长的影响，将作物分组处理一段时间后，结果如图所示（光补偿点指当总光

合速率等于呼吸速率时的光照强度）。

①OmMNaC14-正常光

②OmMNaC14-实蜡光

光•③150mMNaCl-F正常光

实睑光

补•®15OmMNaCl+

偿

点

回答下列问题：

（1）光对植物生长发育的作用有和两个方面。

（2）上述实验需控制变量，为探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响，至少应选用上述一

组（填组别）进行对比分析，该实验中的无关变量有（答出2点即可）。

⑶在光照强度达到光补偿点之前（CO2消耗量与光照强度视为正比关系），④组的总光合速率（填“始

终大于始终小于”“先大于后等于''或"先小于后等于“）③组的总光合速率，判断依据是o

6.（2024・安徽•高考真题）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）,测定了灌浆期旅叶（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（umol.m2.s-1）叶绿素含量（mggD

WT24.04.0

KO20.33.2

OE27.74.6

(I)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

关戚的作用下，3-磷酸甘油酸接受释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为。

(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、(填科学方法)。

(3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率。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____________

②o

第12讲细胞代谢综合分析

题型一光合作用与细胞呼吸的联系

1.（2022•全国乙卷•高考真题）某同学将•株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光

照条件下培养，发现容器内CO?含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合

理的是（）

A.初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率

B.初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定

C.初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率

D.初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率

【答案】D

【详解】A、初期容器内CCh含量较大，光合作用强于呼吸作用，植物吸收CO2释放02,使密闭容器内的

CO2含量下降，02含量上升，A错误；

B、根据分析由于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下，容器内的COz含量卜.降,所以说明植物

光合速率大于呼吸速率，但由于CCh含量逐渐降低，从而使植物光合速率逐渐降低，直到光合作用与呼吸

作用相等，容器中气体趋于稳定，B错误；

CD、初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。

故选D。

2.卜面是某种蓝莓叶肉细胞中光合作用和呼吸作用的物质变化示意简图，其中①〜⑤为生理过程，a~h为物

质名称，下列说法错误的是()

1hyg

酶小[印

光一斗一K2O

[H]Z|

HO-J-卜(C总丙酮酸

2b

b

①②③④⑤

A.过程①发生的能量变化是光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能

B.物质h是C3,暗反应为光反应提供的物质有ADP、Pi和NADr

C.上述①~⑤过程中，能产生ATP的过程是①③©

D.用14c标记的g参与光合作用，短时间内其转移途径是g-h-(CH20)

【答案】C

【详解】A、过程①为光合作用光反应，发生的能量变化是光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，A

正确；

B、②为暗反应，消耗ATP和NADPH并把它们还原为ADP、Pi和NADP+供光反应再次利用，且图示h

为C3,B正确：

C、①为光合作用光反应可产生ATP,②为暗反应消耗ATP,③表示有氧呼吸第一阶段，④表示有氧呼吸第

二阶段，⑤表示有氧呼吸第三阶段，有氧呼吸三个阶段均产生ATP,因此①~⑤过程中，能产生ATP的过

程是①@④⑤，C错误；

D、暗反应过程为CCh的固定和C3的还原，因此用14c标记的z(CO2)参与光合作用，短时间内其转移途

径是g(CO2)-h(C3)一(CH：O),D正确。

故选C。

3.下图表示光合作用和呼吸作用之间的能量转变过程，下列说法错误的是()

A.只有含叶绿素的细胞才能进行过程①和③

B.过程③④发生的场所分别为叶绿体基质和线粒体基质

C.过程①中光能转变为活跃的化学能贮存在ATP和NADPH中

D.有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段

【答案】B

【详解】A、由图可知①表示光反应中水的光解，③表示暗反应过程，则①和③是光合作用过程，光反应中

需要色素吸收、传递、转化光能，其中叶绿素是转化光能必不可少的，A正确：

B、由图可知③表示暗反应过程，发生在叶绿体基质，④过程包括有氧呼吸的第一阶段和第二阶段，第一阶

段发生在细胞质基质，第二阶段发生在线粒体基质，B错误；

C、①光反应中，光能转变成活跃的化学能贮存在ATP和NADPH中，二者可被暗反应利用，C正确；

D、有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段，D正确。

故选B。

4.下图为绿色植物部分物质和能量转换过程的示意图，下列叙述正确的是（）

尢胴I4（比。）y卜能量

、ADP+PiJJADP+PiJ

A.过程①发生在叶绿体中，过程③发生在线粒体中

R.i立程①产生NADH.I寸程③消耗NADPH

C.若叶肉细胞中过程②速率大于过程③，则植物干重不一定增加

D.过程③中ATP的合成与吸能反应相联系，过程④与放能反应相联系

【答案】C

【详解】A、过程①为光合作用的光反应阶段，发生在叶绿体的类囊体薄膜上；过程③为有氧呼吸或无氧呼

吸过程，其中有氧呼吸发生在细胞质基质和线粒体，而无氧呼吸发生在细胞质基质，A错误；

B、过程①产生的是NADPH,而过程③产生和消耗的是NADH：B错误；

C、若叶肉细胞中过程②速率大于过程⑤，则植物干重不一定增加，因为还有其他部分不能进行光合作用的

细胞还要通过呼吸消耗有机物，c正确；

D、过程③中ATP的合成需要消耗能量，往往与放能反应相联系；过程④是ATP的水解，释放能量，往往

与吸能反应相联系，D错误。

故选C。

5.下图表示某植物在不同光照强度下单位时间内C02释放量和02产生总量的变化。假设不同光照强度下

细胞呼吸强度相等，下列叙述错误的是()

蛔

，田产生总量

旗GJ?

10

王□C0释放量

归8

C16

徭

蛔4

罡2

诞

C0

Cabed光照强度

A.光照强度为a点口寸该植物产生ATP的细胞器只有线粒体

B.光照强度为b点时该植物光合作用速率与细胞呼吸速率相等

C.光照强度为c点时植物呼吸作用产生了6个单位的CO?

D.光照强度为d点时该植物能积累有机物而正常生长

【答案】B

【详解】A、图甲中，a点时该植物只进行细胞呼吸，该植物产生ATP的细胞器只有线粒体，A正确；

B、光照强度为b点，有CO2的释放，说明此时光合作用速率〈呼吸作用速率，B错误；

C、光照强度为c点，氧气的产生量与a点呼吸作用CO?的释放量相等，说明此时光合速率等于呼吸速率，

植物呼吸作用产生了6个单位的CO2,C正确：

D、d点光照强度条件下，植物无CO2释放，且氧气的产生量大于呼吸作用CO?的释放量，说明此时光合作

用速率＞呼吸作用速率，植物有有机物的积累，能正常生长，D正确。

故选B。

6.(2023・河北・高考真题)拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转

运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段，叶肉细胞H基因表达量下降，细胞质基质ATP向成熟叶绿

体转运受阻。

回答卜列问题：

(1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在_合成，经细胞质基质进入叶绿体。

(2)光照时，叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能，将其转化为ATP和—中的化学能，这些化学能经一阶段释

放并转化为糖类中的化学能。

(3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达，对转H基因和非转基因叶肉细

胞进行黑暗处理，之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度，结果如图。相对于非转基因细

胞，转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显—。据此推测，H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被_（填

“叶绿体”或“线粒体”）大量消耗，细胞有氧呼吸强度

100■

口细胞质基质

A80■

T・叶绿体基质

P■

a60

逐■

若4^

海■

0

2

7II

非转基因转H基因

叶肉细胞叶肉细胞

（4）综合上述分析，叶肉细胞通过下调_阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体，从而防止线粒体以保

证光合产物可转运到其他细胞供能。

【答案】（1）线粒体（或“线粒体内膜''）

（2）NADPH（或“还原型辅酶II”）暗反应（或“卡尔文循环“）

（3）降低叶绿体升高

（4）H基因表达（或“H蛋白数量”）过多消耗光合产物（或“有氧呼吸增强”）

【详解】（1）由题干可知，拟南芥幼苗叶肉细胞的叶绿体仍在发育且时，消耗的ATP主要来自自身线粒体。

线粒体通过有氧呼吸为细胞提供生命活动所需的大约95%的能量。线粒体中能够大量合成ATP的化学反应

在线粒体内膜上进行。

（2）在植物光合作用的光反应阶段，光能被光合色素捕获后，转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。

在暗反应阶段ATP和NADPH中的化学能再进一步转化固定到糖类等有机物中。

（3）由图可知，叶绿体成熟的非转基因叶肉细胞中H基因表达下调，细胞质基质AIP浓度远高于叶绿体

基质。H基因过表达后，细胞质基质中ATP含量下降，且叶绿体基质中ATP含量未显著升高，表明叶绿体

消耗了从细胞质基质中转入的ATP。推测，H基因过表达后，大量的ATP转运至叶绿体中被消耗，细胞需

代偿性提高线粒体呼吸强度，以补充细胞质基质中的ATP。

（4）由题分析可知，ATP由细胞质基质向叶绿体转运过程中，H转运蛋白的数量是限制运输速率的一个主

要因素。叶绿体成熟的叶肉细胞中H基因的表达卜.调，H转运蛋白的数量减少，进而ATP向叶绿体的流入

被有效阻止，细胞质基质ATP可保持正常生理水平，从而避免了线粒体呼吸作用的额外增强、过多消耗光

合产物，保证光合产物能被转运到其他细胞供能。

7.（2024・新课标卷・高考真题）某同学将〜种高等植物幼苗分为4组（a、b、c、d）,分别置于密闭装置中

照光培养，a、b、c、d组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间（D后测定装置内02

浓度，结果如图所示，其中M为初始02浓度，c、d组02浓度相同。回答下列问题。

(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是,原因是。

⑵光照I时间时，a组CO?浓度______(填“大于”“小于”或“等于”)b组。

(3)若延长光照时间c、d组02浓度不再增加，则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是组，判

断依据是。

(4)光照I时间后，将d组密闭装置打开，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会(填“升高"降

低”或“不