第第頁專題6光合作用考點2光合作用的原理(2023天津，9，4分)如圖是某綠藻適應水生環境、提高光合效率的機制圖。光反應產生的物質X可進入線粒體促進ATP合成。下列敘述錯誤的是()A.物質X通過提高有氧呼吸水平促進HCO3B.HCO3C.水光解產生的H+提高類囊體腔CO2水平，促進CO2進入葉綠體基質D.光反應通過確保暗反應的CO2供應，幫助該綠藻適應水生環境【答案】B【解析】(2023湖北，8，2分)植物光合作用的光反應依賴類囊體膜上PSⅠ和PSⅡ光復合體，PSⅡ光復合體含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究發現，PSⅡ光復合體上的蛋白質LHCⅡ，通過與PSⅡ結合或分離來增強或減弱對光能的捕獲(如圖所示)。LHCⅡ與PSⅡ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化。下列敘述錯誤的是 ()A.葉肉細胞內LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光復合體對光能的捕獲增強B.Mg2+含量減少會導致PSⅡ光復合體對光能的捕獲減弱C.弱光下LHCⅡ與PSⅡ結合，不利于對光能的捕獲D.PSⅡ光復合體分解水可以產生H+、電子和O2【答案】C【解析】從圖示可以看出，弱光下LHCⅡ能與PSⅡ結合，增強其對光能的捕獲；強光下LHCⅡ能與PSⅡ分離，減弱其對光能的捕獲；由題干可知，LHC蛋白激酶可催化LHCⅡ與PSⅡ分離，減少其對光能的捕獲，所以該酶活性下降，LHCⅡ與PSⅡ不易分離，PSⅡ光復合體對光的捕獲會增強，A正確，C錯誤。Mg2+參與葉綠素(為光合色素)的合成，Mg2+含量下降，PSⅡ光復合體上光合色素含量減少，對光能的捕獲減弱，B正確。PSⅡ光復合體能將水分解，產生H+、電子和O2，D正確。(2021浙江6月選考，23，2分)滲透壓降低對菠菜葉綠體光合作用的影響如圖所示，圖甲是不同山梨醇濃度對葉綠體完整率和放氧率的影響，圖乙是兩種濃度的山梨醇對完整葉綠體ATP含量和放氧量的影響。CO2以HCO3-形式提供，山梨醇為滲透壓調節劑，0.33mol·L-1時葉綠體處于等滲狀態。據圖分析，下列敘述錯誤的是(甲乙A.與等滲相比，低滲對完整葉綠體ATP合成影響不大，光合速率大小相似B.滲透壓不同、葉綠體完整率相似的條件下，放氧率差異較大C.低滲條件下，即使葉綠體不破裂，卡爾文循環效率也下降D.破碎葉綠體占全部葉綠體比例越大，放氧率越低【答案】A【解析】圖甲中顯示山梨醇濃度在0.27~0.33mol·L-1時，葉綠體完整率差別不大，而此時的放氧率卻有很大差異，B正確；分析圖乙，可以看出低滲條件與等滲條件(濃度為0.33mol·L-1)相比，完整葉綠體ATP含量相似但放氧量較低，推斷在低滲條件下，葉綠體中的ATP因沒有有效用于碳反應而有所積累，說明卡爾文循環效率較低，光合速率也較低，A錯誤，C正確；分析圖甲可以得出山梨醇濃度越低，葉綠體完整率越低，破碎葉綠體所占比例越高，放氧率越低，D正確。(2021廣東，12，2分)在高等植物光合作用的卡爾文循環中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco。下列敘述正確的是()A.Rubisco存在于細胞質基質中B.激活Rubisco需要黑暗條件C.Rubisco催化CO2固定需要ATPD.Rubisco催化C5和CO2結合【答案】D【解析】暗反應階段的CO2的固定為Rubisco催化C5與CO2反應的過程，該過程發生在葉綠體基質中，暗反應有光無光均可進行，故Rubisco的活性與是否有光無關，A、B錯誤，D正確；CO2固定過程不消耗ATP，C錯誤。（2021山東，16，3分）（不定項）關于細胞中的H2O和O2，下列說法正確的是（）A.由葡萄糖合成糖原的過程中一定有H2O產生B.有氧呼吸第二階段一定消耗H2OC.植物細胞產生的O2只能來自光合作用D.光合作用產生的O2中的氧元素只能來自于H2O【答案】ABD【解析】葡萄糖是單糖，通過脫水縮合形成多糖的過程有水生成，A正確；有氧呼吸第二階段是丙酮酸和水反應生成CO2和[H]，B正確；有些植物細胞含有過氧化氫酶（例如土豆），可以分解過氧化氫生成O2，因此植物細胞產生的O2不一定只來自光合作用，C錯誤；光反應階段水的光解產生氧氣，故光合作用產生的O2中的氧元素只能來自于H2O，D正確。(2020天津，5，4分)研究人員從菠菜中分離類囊體，將其與16種酶等物質一起用單層脂質分子包裹成油包水液滴，從而構建半人工光合作用反應體系。該反應體系在光照條件下可實現連續的CO2固定與還原，并不斷產生有機物乙醇酸。下列分析正確的是()A.產生乙醇酸的場所相當于葉綠體基質B.該反應體系不斷消耗的物質僅是CO2C.類囊體產生的ATP和O2參與CO2固定與還原D.與葉綠體相比，該反應體系不含光合作用色素【答案】A【解析】綠色植物光反應的場所是葉綠體類囊體薄膜，產物有O2、NADPH、ATP，暗反應的場所是葉綠體基質，產物有糖類等有機物，據此推理該半人工光合作用反應體系中產生乙醇酸的場所相當于葉綠體基質，A正確；該反應體系不斷消耗的物質不僅有CO2，還有水，B錯誤；類囊體膜上產生的NADPH、ATP參與C3的還原，C錯誤；該反應體系含有從菠菜中分離出的類囊體，吸收光能的色素分布在類囊體的薄膜上，故該反應體系中含有光合作用色素，D錯誤。(2018北京理綜，3，6分)光反應在葉綠體類囊體上進行。在適宜條件下，向類囊體懸液中加入氧化還原指示劑DCIP，照光后DCIP由藍色逐漸變為無色。該反應過程中()A.需要ATP提供能量B.DCIP被氧化C.不需要光合色素參與D.會產生氧氣【答案】D【解析】本題以光合作用光反應過程的相關知識為載體，考查考生對光反應過程相關反應的理解與遷移能力，體現了對生命觀念中結構與功能以及科學思維素養中歸納與概括要素的考查。光反應過程中，光合色素利用光能，將水分解成[H]和氧氣，同時在有關酶的催化作用下，ADP與Pi發生化學反應，生成ATP，A、C錯誤，D正確；[H]將DCIP還原，使之由藍色逐漸變為無色，B錯誤。(2017海南單科，10，2分)將葉綠體懸浮液置于陽光下，一段時間后發現有氧氣放出。下列相關說法正確的是()A.離體葉綠體在自然光下能將水分解產生氧氣B.若將葉綠體置于紅光下，則不會有氧氣產生C.若將葉綠體置于藍紫光下，則不會有氧氣產生D.水在葉綠體中分解產生氧氣需要ATP提供能量【答案】A【解析】葉綠體是光合作用的場所，在自然光下，葉綠體能進行光合作用將水分解產生氧氣，A正確；葉綠體中的光合色素能吸收紅光和藍紫光，因此在紅光和藍紫光下，葉綠體會產生氧氣，B、C錯誤；水在葉綠體中分解產生氧氣需要的能量是光能，D錯誤。(2016課標全國Ⅲ，2，6分)在前人進行的下列研究中，采用的核心技術相同(或相似)的一組是()①證明光合作用所釋放的氧氣來自水②用紫外線等處理青霉菌選育高產青霉素菌株③用T2噬菌體侵染大腸桿菌證明DNA是遺傳物質④用甲基綠和吡羅紅對細胞染色，觀察核酸的分布A.①②B.①③C.②④D.③④【答案】B【解析】①③采用的核心技術均是同位素標記法，②為用紫外線等誘導青霉菌發生基因突變，屬于誘變育種，④為用染色劑對細胞染色進而觀察特定結構，B項正確。疑難突破本題解題的關鍵是識記各實驗所采用的實驗方法，并注意進行歸納總結。(2016天津理綜，2，6分)在適宜反應條件下，用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時間后，突然改用光照強度與白光相同的紅光或綠光照射。下列是光源與瞬間發生變化的物質，組合正確的是()A.紅光，ATP下降 B.紅光，未被還原的C3上升C.綠光，[H]下降 D.綠光，C5上升【答案】C【解析】植物光合作用主要利用的是紅光和藍紫光，對綠光的利用很少。突然改用光照強度與白光相同的紅光照射后，光反應速率加快，產物[H]和ATP上升，進而C3的還原過程加快，未被還原的C3下降，A、B項錯誤；而改用光照強度與白光相同的綠光照射后，光反應速率減慢，產物[H]和ATP下降，進而C3的還原過程減慢，C5下降，C項正確，D項錯誤。(2016四川理綜，5，6分)三倍體西瓜由于含糖量高且無籽，備受人們青睞。如圖是三倍體西瓜葉片凈光合速率(Pn，以CO2吸收速率表示)與胞間CO2濃度(Ci)的日變化曲線，以下分析正確的是()A.與11：00時相比，13：00時葉綠體中合成C3的速率相對較高B.14：00后葉片的Pn下降，導致植株積累有機物的量開始減少C.17：00后葉片的Ci快速上升，導致葉片暗反應速率遠高于光反應速率D.葉片的Pn先后兩次下降，主要限制因素分別是CO2濃度和光照強度【答案】D【解析】與11：00時相比，13：00時葉片凈光合速率下降，此現象是因13：00時氣孔關閉導致吸收CO2減少引起的“光合午休”，此時葉綠體中合成C3的速率相對較低，A項錯誤；14：00后葉片的Pn下降，但仍大于零，植株積累有機物的量仍在增多，B項錯誤；17：00后因光照強度的降低，光反應減弱，產生的[H]和ATP均減少，暗反應速率也降低，C項錯誤；Pn第一次下降，是因氣孔關閉，CO2濃度限制了光合速率，Pn第二次下降是光照強度降低引起的，D項正確。(2015福建理綜，3，6分)在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2+C5(即RuBP)→2C3。為測定RuBP羧化酶的活性，某學習小組從菠菜葉中提取該酶，用其催化C5與14CO2的反應，并檢測產物14C3的放射性強度。下列分析錯誤的是()A.菠菜葉肉細胞內RuBP羧化酶催化上述反應的場所是葉綠體基質B.RuBP羧化酶催化的上述反應需要在無光條件下進行C.測定RuBP羧化酶活性的過程中運用了同位素標記法D.單位時間內14C3生成量越多說明RuBP羧化酶活性越高【答案】B【解析】CO2固定過程屬于暗反應，發生在葉綠體基質中，有光、無光條件下均可進行；該實驗利用了同位素標記法，C3為CO2固定的產物，故單位時間內14C3生成量越多，說明RuBP羧化酶的活性越高。故選B。知識拓展光反應為暗反應提供[H]、ATP，暗反應為光反應提供NADP+、ADP和Pi。沒有光反應，暗反應無法進行，沒有暗反應，有機物無法合成。(2015安徽理綜，2，6分)下圖為大豆葉片光合作用暗反應階段的示意圖。下列敘述正確的是()A.CO2的固定實質上是將ATP中的化學能轉變為C3中的化學能B.CO2可直接被[H]還原，再經過一系列的變化形成糖類C.被還原的C3在有關酶的催化作用下，可再形成C5D.光照強度由強變弱時，短時間內C5含量會升高【答案】C【解析】由圖解可知，光反應產生的ATP和[H]參與C3的還原，而不參與CO2的固定，A項、B項錯誤；被還原的C3在有關酶的催化作用下一部分合成了(CH2O)，另一部分又形成了C5，C項正確；光照強度變弱時，光反應產生的ATP和[H]減少，故短時間內C5含量會降低，D項錯誤。(2015海南單科，24，2分)將一株生長正常的某種植物置于密閉的玻璃容器內，在適宜條件下光照培養。從照光開始，凈光合速率隨著時間延長逐漸下降直至為0，之后保持不變。在上述整個時間段內，玻璃容器內CO2濃度表現出的變化趨勢是()A.降低至一定水平時再升高B.降低至一定水平時保持不變C.持續保持相對穩定狀態D.升高至一定水平時保持相對穩定【答案】B【解析】本題主要考查密閉容器中光合速率和呼吸速率的分析等相關知識。由題干信息可知，從照光開始，凈光合速率隨著時間延長逐漸下降直至為0的過程中，光合速率大于呼吸速率，植物需要不斷從外界吸收CO2，因此玻璃容器內CO2濃度不斷降低。在凈光合速率為0且之后保持不變過程中，植物真光合速率等于呼吸速率，CO2濃度保持不變，B正確，A、C、D錯誤。(2024河北，19，2分)高原地區藍光和紫外光較強，常采用覆膜措施輔助林木育苗。為探究不同顏色覆膜對藏川楊幼苗生長的影響，研究者檢測了白膜、藍膜和綠膜對不同光的透過率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，結果如圖、表所示。覆膜處理葉綠素含量(mg/g)類胡蘿卜素含量(mg/g)白膜1.670.71藍膜2.200.90綠膜1.740.65回答下列問題：(1)如圖所示，三種顏色的膜對紫外光、藍光和綠光的透過率有明顯差異，其中光可被位于葉綠體上的光合色素高效吸收后用于光反應，進而使暗反應階段的C3還原轉化為和。與白膜覆蓋相比，藍膜和綠膜透過的較少，可更好地減弱幼苗受到的輻射。

(2)光合色素溶液的濃度與其光吸收值成正比，選擇適當波長的光可對色素含量進行測定。提取光合色素時，可利用作為溶劑。測定葉綠素含量時，應選擇紅光而不能選擇藍紫光，原因是。

(3)研究表明，覆蓋藍膜更有利于藏川楊幼苗在高原環境的生長。根據上述檢測結果，其原因為(答出兩點即可)。

【答案】(1)藍類囊體薄膜C5糖類紫外光(2)無水乙醇葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光，選擇紅光可排除類胡蘿卜素的干擾(3)覆蓋藍膜紫外光透過率低，藍光透過率高，降低紫外光對幼苗輻射的同時不影響其光合作用；與覆蓋白膜和綠膜相比，覆蓋藍膜葉綠素和類胡蘿卜素含量都更高，有利于幼苗進行光合作用【解析】(1)吸收光能的4種色素分布在葉綠體的類囊體薄膜上，其中葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。暗反應階段，C3接受ATP和NADPH釋放的能量，并且被NADPH還原，隨后，一些接受能量并被還原的C3，在酶的作用下經過一系列反應轉化為糖類，另一些接受能量并被還原的C3，經過一系列變化，又形成C5。據題圖可知，與覆蓋白膜相比，藍膜和綠膜透過的紫外光較少，可更好地減弱幼苗受到的輻射。(2)綠葉中的光合色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，所以可用無水乙醇提取綠葉中的光合色素。葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光，為了排除類胡蘿卜素的干擾，測定葉綠素含量時，應選擇紅光而不選擇藍紫光。(3)據題圖可知，與白膜和綠膜相比，藍膜的紫外光透過率較低，藍光透過率較高，在降低紫外光對幼苗的輻射同時不影響其光合作用；據表中數據分析，與覆蓋白膜和綠膜相比，覆蓋藍膜的幼苗葉綠素和類胡蘿卜素含量都更高，有利于幼苗進行光合作用。(2023湖南，17，12分)如圖是水稻和玉米的光合作用暗反應示意圖。卡爾文循環的Rubisco酶對CO2的Km為450μmol·L-1(Km越小，酶對底物的親和力越大)，該酶既可催化RuBP與CO2反應，進行卡爾文循環，又可催化RuBP與O2反應，進行光呼吸(綠色植物在光照下消耗O2并釋放CO2的反應)。該酶的酶促反應方向受CO2和O2相對濃度的影響。與水稻相比，玉米葉肉細胞緊密圍繞維管束鞘，其中葉肉細胞葉綠體是水光解的主要場所，維管束鞘細胞的葉綠體主要與ATP生成有關。玉米的暗反應先在葉肉細胞中利用PEPC酶(PEPC對CO2的Km為7μmol·L-1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)與CO2反應生成C4，固定產物C4轉運到維管束鞘細胞后釋放CO2，再進行卡爾文循環。回答下列問題：(1)玉米的卡爾文循環中第一個光合還原產物是(填具體名稱)，該產物跨葉綠體膜轉運到細胞質基質合成(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通過長距離運輸到其他組織器官。

(2)在干旱、高光照強度環境下，玉米的光合作用強度(填“高于”或“低于”)水稻。從光合作用機制及其調控分析，原因是

(答出三點即可)。

(3)某研究將藍細菌的CO2濃縮機制導入水稻，水稻葉綠體中CO2濃度大幅提升，其他生理代謝不受影響，但在光飽和條件下水稻的光合作用強度無明顯變化，其原因可能是(答出三點即可)。

【答案】(1)C3(3-磷酸甘油酸)蔗糖篩管(2)高于玉米的PEPC酶對CO2的親和力比Rubisco酶要高，能利用低濃度的CO2；水光解主要在葉肉細胞進行，暗反應在維管束鞘細胞中進行，維管束鞘細胞中CO2/O2較高，提高了光合作用效率；通過C3和C4在葉肉和維管束鞘細胞之間的循環，將CO2轉運到維管束鞘細胞濃縮，維管束鞘細胞中CO2濃度較高(3)NADPH和ATP的供應限制、固定CO2的Rubisco酶數量有限、C5再生速率不足、有機物在葉綠體中積累較多【解析】(1)玉米的暗反應先在葉肉細胞中進行，在PEPC酶的催化下，PEP與CO2反應生成C4，C4轉運到維管束鞘細胞后釋放CO2，再進行卡爾文循環，據此推理，并結合水稻的暗反應圖示，可知玉米的卡爾文循環中第一個光合還原產物是3-磷酸甘油醛。在葉綠體內，其可用于淀粉等的合成，大部分運至葉綠體外，并轉變成蔗糖。與葡萄糖相比，蔗糖屬于非還原糖，較穩定，對滲透壓影響也小，蔗糖通過篩管長距離運輸到其他組織器官。(2)在干旱環境下，大部分氣孔關閉，植物能吸收的CO2減少，與水稻葉肉細胞中的Rubisco酶相比，玉米葉肉細胞中的PEPC酶對CO2的Km小，親和力大，玉米在較低濃度的CO2下仍能固定CO2進行光合作用；在高光照強度環境下，光反應較強，產生的O2較多，與玉米維管束鞘細胞相比(水光解的主要場所為葉肉細胞的葉綠體)，水稻葉肉細胞O2較多易進行光呼吸，使得暗反應減弱；與水稻葉肉細胞相比，玉米葉肉細胞緊密圍繞維管束鞘，葉肉細胞中的PEP與CO2反應生成C4，C4進入維管束鞘細胞后釋放CO2，使CO2得到濃縮，保障了暗反應的進行。(3)在光飽和條件下，水稻葉綠體的光反應強度不再增加，產生的ATP和NADPH不再增多，限制了C3的還原；水稻葉綠體內固定CO2的Rubisco酶的量有限；光合作用產生的有機物在葉綠體中積累較多，抑制了反應的進行。(2022重慶，23，14分)科學家發現，光能會被類囊體轉化為“某種能量形式”，并用于驅動產生ATP(圖Ⅰ)。為探尋這種能量形式，他們開展了后續實驗。ⅠⅡ(1)制備類囊體時，提取液中應含有適宜濃度的蔗糖，以保證其結構完整，原因是；為避免膜蛋白被降解，提取液應保持(填“低溫”或“常溫”)。

(2)在圖Ⅰ實驗基礎上進行圖Ⅱ實驗，發現該實驗條件下，也能產生ATP。但該實驗不能充分證明“某種能量形式”是類囊體膜內外的H+濃度差，原因是

____________________。

(3)為探究自然條件下類囊體膜內外產生H+濃度差的原因，對無緩沖液的類囊體懸液進行光、暗交替處理，結果如圖Ⅲ所示，懸液的pH在光照處理時升高，原因是。類囊體膜內外的H+濃度差是通過光合電子傳遞和H+轉運形成的，電子的最終來源物質是。

(4)用菠菜類囊體和人工酶系統組裝的人工葉綠體，能在光下生產目標多碳化合物。若要實現黑暗條件下持續生產，需穩定提供的物質有。生產中發現即使增加光照強度，產量也不再增加，若要增產，可采取的有效措施有(答兩點)。

【答案】(1)保持類囊體內外的滲透壓，避免類囊體破裂低溫(2)實驗Ⅱ是在光照條件下對類囊體進行培養的，無法證明某種能量是來自光能還是來自膜內外H+濃度差(3)類囊體膜外H+被轉移到類囊體膜內，造成溶液pH升高水(4)NADPH、ATP和CO2增加二氧化碳的濃度和適當提高環境溫度【解析】(1)制備類囊體時，提取液中需要添加適宜濃度的蔗糖，這樣可保持類囊體內外的滲透壓，避免類囊體破裂。低溫可抑制蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。(2)圖Ⅱ實驗中，光照條件下，將類囊體置于pH=4的提取液中培養，將平衡后的類囊體轉移到pH=8的提取液中，在黑暗條件下培養并加入ADP和Pi，可產生ATP，該實驗無法排除ATP的生成所需的能量來自光能的情況，若實驗全過程都在黑暗中進行才可證明ATP生成所需的能量來自膜內外H+濃度差。(3)對無緩沖液的類囊體懸液進行光、暗交替處理，懸液pH在光照時升高，可推測是因為光照下類囊體膜外的H+被轉移到類囊體膜內，使溶液pH升高。光反應中水的光解反應式為H2O1/2O2+2H++2e-，電子的最終來源物質是水。(4)光反應為暗反應提供NADPH和ATP，故要實現黑暗中使人工葉綠體持續生產，需要提供光反應產生的物質NADPH和ATP，以及暗反應的原料CO2。生產中發現即使增加光照強度，產量也不再增加，說明此時光合作用的限制因素是光照強度以外的因素，如二氧化碳濃度、溫度等，增加二氧化碳的濃度和適當提高環境溫度可有效提高光合效率。(2022河北，19，10分)某品種茶樹葉片呈現階段性白化：綠色的嫩葉在生長過程中逐漸轉為乳白色，而后又恢復為綠色。白化期葉綠體內部結構解體(僅殘留少量片層結構)。階段性白化過程中相關生理指標檢測結果如圖。回答下列問題：(1)從葉片中分離葉綠體可采用法。

(2)經檢測，白化過程中葉綠體合成ATP和NADPH的數量顯著降低，其原因是(寫出兩點即可)。

(3)白化過程中氣孔導度下降，既能夠滿足光合作用對CO2的需求，又有助于減少。

(4)葉片復綠過程中需合成大量直接參與光反應的蛋白質。其中部分蛋白質由存在于中的基因編碼，需通過特定的機制完成跨膜運輸；其余蛋白質由存在于中的基因編碼。

【答案】(1)差速離心(2)葉綠體內部結構解體；光合色素減少(3)水分的散失(4)細胞核葉綠體【解析】(1)分離細胞器常用差速離心法。(2)白化期葉綠體內部結構解體(僅殘留少量片層結構)，光合色素減少，光反應減弱，則葉綠體合成ATP和NADPH的數量顯著降低。(3)白化過程中光合作用減弱，氣孔導度下降既能夠滿足光合作用對CO2的需求，又有助于減少水分的散失，利于植物的生存。(4)葉片復綠過程中需合成大量直接參與光反應的蛋白質，其中部分蛋白質的合成受細胞核中的基因編碼，合成后經特定機制運至葉綠體使用，其余的蛋白質由存在于葉綠體中的基因編碼。知識拓展葉綠體是半自主性細胞器，半自主性細胞器的功能主要受細胞核基因組的調控，同時也受自身基因組的調控。葉綠體基因組編碼的蛋白質在葉綠體的生命活動中重要且不可缺少，但這些蛋白質遠遠不足以支撐葉綠體的基本功能，更多的蛋白質來自核基因組的編碼，于細胞質中合成后被運往葉綠體的功能位點。(2021遼寧，22，13分)(13分)早期地球大氣中的O2濃度很低，到了大約3.5億年前，大氣中O2濃度顯著增加，CO2濃度明顯下降。現在大氣中的CO2濃度約為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)是一種催化CO2固定的酶，在低濃度CO2條件下，催化效率低。有些植物在進化過程中形成了CO2濃縮機制，極大地提高了Rubisco所在局部空間位置的CO2濃度，促進了CO2的固定。回答下列問題：(1)真核細胞葉綠體中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成，進而被還原生成糖類，此過程發生在中。

(2)海水中的無機碳主要以CO2和HCO3-兩種形式存在，水體中CO2濃度低、擴散速度慢，有些藻類具有圖1所示的無機碳濃縮過程。圖中HCO3-濃度最高的場所是(填“細胞外”或“細胞質基質”或“葉綠體”)，可為圖示過程提供ATP圖1(3)某些植物還有另一種CO2濃縮機制，部分過程見圖2。在葉肉細胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可將HCO3-轉化為有機物，該有機物經過一系列的變化，最終進入相鄰的維管束鞘細胞釋放CO2，提高了Rubisco附近的CO圖2①由這種CO2濃縮機制可以推測，PEPC與無機碳的親和力(填“高于”或“低于”或“等于”)Rubisco。

②圖2所示的物質中，可由光合作用光反應提供的是。圖中由Pyr轉變為PEP的過程屬于(填“吸能反應”或“放能反應”)。

③若要通過實驗驗證某植物在上述CO2濃縮機制中碳的轉變過程及相應場所，可以使用技術。

(4)通過轉基因技術或蛋白質工程技術，可能進一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有(多選)。

A.改造植物的HCO3-轉運蛋白基因，增強HCB.改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成C.改造植物的Rubisco基因，增強CO2固定能力D.將CO2濃縮機制相關基因轉入不具備此機制的植物【答案】(1)C3葉綠體基質(2)葉綠體細胞呼吸、光反應(3)①高于②NADPH、ATP吸能反應③同位素標記(4)ACD【解析】(1)葉綠體基質中進行的暗反應包括兩個階段，一是CO2與C5結合生成C3，二是C3被還原成糖類等有機物。(2)圖中HCO3-的運輸為消耗ATP的主動運輸，主動運輸為逆濃度梯度的運輸，HCO3-的運輸方向為細胞外→細胞質基質→葉綠體，故葉綠體中HCO3-濃度最高。圖中消耗ATP的過程有主動運輸和暗反應(卡爾文循環(3)①在葉肉細胞葉綠體中，PEPC催化PEP與HCO3-反應生成OAA，OAA經過一系列的變化生成Mal，Mal進入維管束鞘細胞釋放CO2，提高了Rubisco附近的CO2濃度，促進了CO2的固定，這說明PEPC與無機碳的親和力高于Rubisco。②光合作用中，光反應為暗反應提供NADPH和ATP。圖中Pyr轉變為PEP的過程消耗ATP，屬于吸能反應。③利用放射性同位素標記法標記CO2中的C元素可以追蹤CO(4)改造植物的HCO3-轉運蛋白基因，增強HCO3-的運輸能力，可以增加細胞內的CO2濃度，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，會使進入維管束鞘細胞葉綠體中的Mal減少，不利于CO2的濃縮，不能提高光合作用的效率，B不合理；改造植物的Rubisco基因，增強CO2固定能力，可以提高光合作用的效率，C合理；將CO2濃縮機制相關基因轉入不具備此機制的植物，可提高該植物暗反應所需的CO(2021天津，15，10分)Rubisco是光合作用過程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2與C5結合，形成C3和C2，導致光合效率下降。CO2與O2競爭性結合Rubisco的同一活性位點，因此提高CO2濃度可以提高光合效率。(1)藍細菌具有CO2濃縮機制，如下圖所示。據圖分析，CO2依次以和方式通過細胞膜和光合片層膜。

藍細菌的CO2濃縮機制可提高羧化體中Rubisco周圍的CO2濃度，從而通過促進和抑制提高光合效率。

(2)向煙草內轉入藍細菌Rubisco的編碼基因和羧化體外殼蛋白的編碼基因。若藍細菌羧化體可在煙草中發揮作用并參與暗反應，應能利用電子顯微鏡在轉基因煙草細胞的中觀察到羧化體。

(3)研究發現，轉基因煙草的光合速率并未提高。若再轉入HCO3-和CO2轉運蛋白基因并成功表達和發揮作用，理論上該轉基因植株暗反應水平應，光反應水平應【答案】(1)自由擴散主動運輸CO2固定O2與C5結合(2)葉綠體(3)提高提高【解析】(1)從藍細菌的CO2濃縮機制圖示中可以看出CO2穿過細胞膜為自由擴散，穿過光合片層膜時需借助CO2轉運蛋白并消耗能量，為主動運輸。由題意可知Rubisco既能催化CO2固定，又能催化O2與C5結合，藍細菌可通過CO2濃縮機制提高羧化體中Rubisco周圍的CO2濃度，從而通過促進CO2固定和抑制O2與C5結合來提高光合效率。(2)煙草細胞為真核細胞，暗反應場所為葉綠體基質，若藍細菌羧化體能在煙草中發揮作用并參與暗反應，應能利用電子顯微鏡在轉基因煙草細胞的葉綠體中觀察到羧化體。(3)根據題意可知，HCO3-和CO2轉運蛋白有助于提高羧化體內CO2的濃度，從而提高轉基因植株的暗反應水平，暗反應水平提高可為光反應提供更多的NADP+和(2021湖南，18，12分)圖a為葉綠體的結構示意圖，圖b為葉綠體中某種生物膜的部分結構及光反應過程的簡化示意圖。回答下列問題：圖a圖b注：e-表示電子(1)圖b表示圖a中的結構，膜上發生的光反應過程將水分解成O2、H+和e-，光能轉化成電能，最終轉化為和ATP中活躍的化學能。若CO2濃度降低，暗反應速率減慢，葉綠體中電子受體NADP+減少，則圖b中電子傳遞速率會(填“加快”或“減慢”)。

(2)為研究葉綠體的完整性與光反應的關系，研究人員用物理、化學方法制備了4種結構完整性不同的葉綠體，在離體條件下進行實驗，用Fecy或DCIP替代NADP+為電子受體，以相對放氧量表示光反應速率，實驗結果如表所示。葉綠體類型相對值實驗項目葉綠體A：雙層膜結構完整葉綠體B：雙層膜局部受損，類囊體略有損傷葉綠體C：雙層膜瓦解，類囊體松散但未斷裂葉綠體D：所有膜結構解體破裂成顆粒或片段實驗一：以Fecy為電子受體時的放氧量100167.0425.1281.3實驗二：以DCIP為電子受體時的放氧量100106.7471.1109.6注：Fecy具有親水性，DCIP具有親脂性。據此分析：①葉綠體A和葉綠體B的實驗結果表明，葉綠體雙層膜對以(填“Fecy”或“DCIP”)為電子受體的光反應有明顯阻礙作用。得出該結論的推理過程是。

②該實驗中，光反應速率最高的是葉綠體C，表明在無雙層膜阻礙、類囊體又松散的條件下，更有利于，從而提高光反應速率。

③以DCIP為電子受體進行實驗，發現葉綠體A、B、C和D的ATP產生效率的相對值分別為1、0.66、0.58和0.41。結合圖b對實驗結果進行解釋。

【答案】(1)類囊體膜NADPH減慢(2)①Fecy葉綠體B雙層膜局部受損，類囊體略有損傷時，以Fecy為電子受體時的放氧量明顯高于葉綠體A雙層膜結構完整時，而以DCIP為電子受體時的放氧量略高于葉綠體A雙層膜結構完整時，差別不大②水的分解③類囊體膜結構的完整性可保證其能夠運輸H+參與ATP的合成反應，膜結構破裂無法提供ATP合成時所需的H+導致ATP產生效率降低【解析】(1)圖b所示生物膜吸收了光能，發生了水分解成e-、H+和O2的過程，因此該生物膜為圖a中葉綠體的類囊體膜，是光合作用光反應的場所。光反應中，水分解為O2和H+，同時產生2個電子(e-)，電子經電子傳遞鏈傳遞，可用于NADP+和H+結合形成NADPH；同時利用光能促使ADP與Pi反應形成ATP。這樣，光能轉化成電能，最終轉化為NADPH和ATP中活躍的化學能。若CO2濃度降低，暗反應速率減慢，ATP和NADPH消耗減慢，則光反應速率會減慢，水的分解減少，該過程產生的電子經過電子傳遞鏈的作用與NADP+、H+結合形成的NADPH也減少，電子傳遞速率會減慢。(2)①從表格中可知，葉綠體A雙層膜結構完整時，以Fecy或DCIP為電子受體時放氧量相等，而葉綠體B雙層膜局部受損，類囊體略有損傷時，以Fecy為電子受體時，葉綠體B的放氧量明顯高于葉綠體A雙層膜結構完整時的放氧量，而以DCIP為電子受體時葉綠體B的放氧量略高于葉綠體A雙層膜結構完整時的放氧量，所以葉綠體雙層膜對以Fecy為電子受體的光反應阻礙作用更明顯。②該實驗中，光反應速率最高的是葉綠體C，這是因為在無雙層膜阻礙、類囊體又松散(但未斷裂)的條件下，以Fecy或DCIP為電子受體，更容易與H+結合，消耗H+速率較快，更有利于水的分解，從而提高光反應速率。③圖中水光解產生的H+可通過類囊體膜結構中的載體蛋白運輸至ATP合成的部位，參與ATP合成的反應，當類囊體膜結構受損時，無法完成H+的運輸，ATP的合成因缺少H+而受阻，使ATP產生效率降低。(2021全國乙，29，11分)(11分)生活在干旱地區的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用。回答下列問題：(1)白天葉肉細胞產生ATP的場所有。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和釋放的CO2。

(2)氣孔白天關閉、晚上打開是這類植物適應干旱環境的一種方式，這種方式既能防止，又能保證正常進行。

(3)若以pH作為檢測指標，請設計實驗來驗證植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡要寫出實驗思路和預期結果)【答案】(1)細胞質基質、線粒體、葉綠體細胞呼吸(2)水分大量散失光合作用(3)實驗思路：白天和夜間每隔一定時間取干旱條件下生長的植物甲的葉片，測定葉肉細胞的pH。預期結果：植物甲葉肉細胞pH在夜間逐漸降低、白天逐漸升高。【解析】(1)葉肉細胞的細胞呼吸場所為細胞質基質和線粒體，光合作用場所為葉綠體，細胞呼吸和光合作用均能產生ATP，所以白天葉肉細胞產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體和葉綠體。據題意可知，雖然白天氣孔關閉，但液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用，此外細胞呼吸釋放的CO2也可供給葉綠體，用于光合作用。(2)該類植物生活在干旱環境中，白天氣孔關閉，可以防止蒸騰作用太強而導致水分大量散失；夜晚氣孔打開，可以從外界吸收CO2，CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中，白天時蘋果酸脫羧釋放出CO2，保證了該類植物光合作用的正常進行。(3)由題干信息可知，夜間植物甲的葉肉細胞吸收CO2生成的蘋果酸儲存在液泡中，白天液泡中的蘋果酸脫羧釋放CO2用于光合作用，故可推知夜間植物甲葉肉細胞液的pH小于白天葉肉細胞液的pH，故實驗思路：白天和夜間每隔一定時間取干旱條件下生長的植物甲的葉片，測定葉肉細胞的pH。預期結果：植物甲葉肉細胞pH在夜間逐漸降低、白天逐漸升高。(2020山東，21，9分)人工光合作用系統可利用太陽能合成糖類，相關裝置及過程如圖所示，其中甲、乙表示物質，模塊3中的反應過程與葉綠體基質內糖類的合成過程相同。(1)該系統中執行相當于葉綠體中光反應功能的模塊是，模塊3中的甲可與CO2結合，甲為。

(2)若正常運轉過程中氣泵突然停轉，則短時間內乙的含量將(填：“增加”或“減少”)。若氣泵停轉時間較長，模塊2中的能量轉換效率也會發生改變，原因是。

(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統糖類的積累量(填：“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是。

(4)干旱條件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是。人工光合作用系統由于對環境中水的依賴程度較低，在沙漠等缺水地區有廣闊的應用前景。

【答案】(1)模塊1和模塊2五碳化合物(或：C5)(2)減少模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP+不足(3)高于人工光合作用系統沒有呼吸作用消耗糖類(或：植物呼吸作用消耗糖類)(4)葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少【解析】(1)該系統中的模塊1和模塊2的功能相當于光合作用光反應階段的光合色素對光能的吸收和水的光解，同時，通過模塊1和模塊2將光能轉化為電能再轉化為化學能儲存在ATP和NADPH中。所以該系統中執行相當于葉綠體中光反應功能的模塊是模塊1和模塊2。模塊3的功能相當于光合作用的暗反應，甲與CO2結合完成CO2的固定，甲為五碳化合物(或：C5)。(2)正常運轉過程中氣泵突然停轉，系統中CO2突然減少，CO2的固定減弱，但短時間內C3的還原不變，則短時間內乙(C3)的含量將減少。若氣泵停轉時間較長，則模塊3為模塊2提供的原料ADP、Pi和NADP+就會不足，進而影響模塊2中的能量轉換效率。(3)在與植物光合作用固定CO2量相等的情況下，該系統只進行光合作用，不進行呼吸作用，只有糖類的積累，沒有糖類的消耗，所以該系統糖類的積累量高于植物。(4)干旱條件下，很多植物為了減弱蒸騰作用，減少水分散失，會降低葉片氣孔開放程度，葉片氣孔的開放程度會影響對CO2的吸收，CO2的吸收量減少，會使植物光合作用速率降低。(2020江蘇單科，27，8分)大豆與根瘤菌是互利共生關系，如圖所示為大豆葉片及根瘤中部分物質的代謝、運輸途徑，請據圖回答下列問題：(1)在葉綠體中，光合色素分布在上；在酶催化下直接參與CO2固定的化學物質是H2O和。

(2)如圖所示的代謝途徑中，催化固定CO2形成3-磷酸甘油酸(PGA)的酶在中，PGA還原成磷酸丙糖(TP)運出葉綠體后合成蔗糖，催化TP合成蔗糖的酶存在于。

(3)根瘤菌固氮產生的NH3可用于氨基酸的合成，氨基酸合成蛋白質時，通過脫水縮合形成鍵。

(4)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。葉綠體中合成ATP的能量來自；根瘤中合成ATP的能量主要源于的分解。

(5)蔗糖是大多數植物長距離運輸的主要有機物，與葡萄糖相比，以蔗糖作為運輸物質的優點是。

【答案】(8分)(1)類囊體(薄)膜C5(2)葉綠體基質細胞質基質(3)肽(4)光能糖類(5)非還原糖較穩定(或蔗糖分子為二糖，對滲透壓的影響相對小)【解析】(1)(2)在葉綠體中，類囊體(薄)膜是光反應的場所，其上含有光合色素，可吸收、傳遞、轉換光能，葉綠體基質中發生光合作用的暗反應，第一步為CO2的固定，即一分子C5與一分子CO2結合形成兩分子C3。據圖可知，TP合成蔗糖的場所在細胞質基質。(3)氨基酸之間通過脫水縮合形成肽鍵，多個氨基酸聚合形成的多肽(肽鏈)經盤曲折疊形成蛋白質。(4)光反應將光能轉化成ATP中活躍的化學能。根瘤菌與大豆共生，大豆將光合作用合成的糖類等物質提供給根瘤菌進行細胞呼吸及其他代謝活動，根瘤菌通過細胞呼吸將糖類等有機物中穩定的化學能轉化成熱能和ATP中活躍的化學能。(5)植物同化產物由源器官運輸到庫器官大多以蔗糖的形式進行，原因可能是蔗糖是非還原糖，比較穩定，且在水中溶解度較大；或是蔗糖分子為二糖，對滲透壓的影響相對小，可以更好地維持植物細胞滲透壓的相對穩定。(2016江蘇單科，32，8分)為了選擇適宜栽種的作物品種，研究人員在相同的條件下分別測定了3個品種S1、S2、S3的光補償點和光飽和點，結果如圖1和圖2。請回答以下問題：圖1圖2(1)最適宜在果樹林下套種的品種是，最適應較高光強的品種是。

(2)增加環境中CO2濃度后，測得S2的光飽和點顯著提高，但S3的光飽和點卻沒有顯著改變，原因可能是：在超過原光飽和點的光強下，S2的光反應產生了過剩的，而S3在光飽和點時可能(填序號)。

①光反應已基本飽和②暗反應已基本飽和③光、暗反應都已基本飽和(3)葉綠體中光反應產生的能量既用于固定CO2，也參與葉綠體中生物大分子的合成。

(4)在光合作用過程中，CO2與RuBP(五碳化合物)結合的直接產物是磷酸丙糖(TP)，TP的去向主要有三個。圖為葉肉細胞中部分代謝途徑示意圖。淀粉是暫時存儲的光合作用產物，其合成場所應該在葉綠體的。淀粉運出葉綠體時先水解成TP或，后者通過葉綠體膜上的載體運送到細胞質中，合成由構成的蔗糖，運出葉肉細胞。

【答案】(8分)(1)S2S3(2)ATP和[H]①②③(3)核酸、蛋白質(4)基質中葡萄糖葡萄糖和果糖【解析】(1)光補償點較低的作物(S2)適于生活在弱光環境中，光飽和點較高的作物(S3)適于生活在較高光強的環境中。(2)增加環境中CO2濃度后，S2的光飽和點顯著提高，這說明在原光飽和點的光強下，暗反應未飽和，在超過原光飽和點的光強下，S2的光反應可產生過剩的[H]和ATP。若光反應飽和或暗反應飽和或光反應和暗反應都飽和的情況下，CO2濃度增加后光飽和點都不會發生顯著改變。(3)光反應產生的能量可參與CO2的固定和C3的還原，還可用于葉綠體中DNA復制和基因的表達過程。(4)淀粉是光合作用暗反應的產物，進行暗反應的