【高考二轮】通用版高考生物培优专题讲义专题02光系统及电子传递链光系统与光抑制（原卷版+解析版）

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一、考情探究
1.高考真题考点分布
2.命题趋势及备考策略
【命题规律与命题趋势】
【备考策略】
1.知识点内在逻辑梳理（建立知识框架是基础）​
三者均围绕光合作用光反应及关联过程展开，核心逻辑链：​
(1)光系统（能量吸收转化）→ 电子传递链（ATP/NADPH合成）→ 光抑制（光系统保护机制）→ 光呼吸（碳代谢“副反应”与光反应关联）​
A.备考第一步：用思维导图呈现该逻辑链，标注各环节关键物质（如 PSⅠ/PSⅡ、PQ、Cytb6f、Rubisc）与能量流向。​
2.分模块考点精析（抓核心、破难点）​
①光呼吸：“易错点集中区” 备考重点​
核心考点清单​
②高频易错点辨析​
误区 1：“光呼吸只在光下进行，暗反应只在暗处进行”→ 纠正：暗反应需光反应提供的 ATP/NADPH，故光照下也进行；光呼吸需光激活 Rubisc，故只在光下进行。​
误区 2：“光呼吸是无用的浪费过程”→ 强调：极端条件下（强光、干旱）是 “保护性反应”，避免光合机构损伤。​
(2)光系统与光抑制：“细节决定得分” 备考关键​
①光系统（PSⅠ/PSⅡ）核心对比​
②光抑制：“机制理解是核心”​
定义：强光下，光系统吸收的光能超过电子传递链消耗能力，导致 PSⅡ 反应中心受损（主要是 D1 蛋白降解），光合效率下降。​
③防御机制（备考必记）：​
A.非光化学猝灭（NPQ）：过剩光能以热能形式散失；​
B.光呼吸消耗过剩 ATP/NADPH；​
C. D1 蛋白快速修复（分解后重新合成）。​
3.光系统及电子传递链：“流程可视化” 突破抽象​
①电子传递链（ETC）流程梳理-关键步骤：​
A.PSⅡ 吸收光能→P680 激发电子→电子经 PQ（质体醌）传递给 Cytb6f 复合体；​
B.Cytb6f 将电子传递给 PC（质体蓝素），同时将类囊体腔外 H⁺泵入腔内，形成 H⁺梯度；​
C.电子进入 PSⅠ→P700 激发→电子经 Fd（铁氧还蛋白）传递给 FNR（铁氧还蛋白 - NADP⁺还原酶），生成 NADPH；​
D.类囊体腔内 H⁺经 ATP 合酶顺浓度梯度流出，驱动 ATP 合成（化学渗透学说）。​
②高频考点：“电子传递与物质合成的关联”​
A.电子传递中断影响：若 PSⅡ 受损（如除草剂抑制水分解），电子传递停止→ATP、NADPH 无法合成→暗反应停滞。​
B.循环电子传递（特殊情况）：仅 PSⅠ 参与，电子不生成 NADPH，仅合成 ATP（满足暗反应中 ATP 需求大于 NADPH 的情况）。
考点01 光呼吸
1.概念界定​
光呼吸是指植物在光照条件下，利用光合作用产生的 ATP 和 NADPH，将核酮糖二磷酸（RuBP）与氧气结合，生成磷酸乙醇酸，进而经过一系列代谢过程消耗能量和有机物的过程，其本质是光合作用的 “副反应”，与暗呼吸（有氧呼吸）有显著区别。​
2.核心过程（场所：叶绿体→过氧化物酶体→线粒体）​
叶绿体阶段：在光照下，Rubisc 酶（核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶）同时具有羧化酶和加氧酶活性。当O2浓度高、CO2浓度低时，Rubisc 催化 RuBP 与O2结合，生成 1 分子磷酸甘油酸（3-PGA，可进入卡尔文循环）和 1 分子磷酸乙醇酸；​
过氧化物酶体阶段：磷酸乙醇酸进入过氧化物酶体，先脱去磷酸生成乙醇酸，再被氧化为乙醛酸，同时产生 H2O2（被过氧化氢酶分解为 H2O 和 O2）；​
线粒体阶段：乙醛酸进入线粒体，经转氨基作用生成甘氨酸，2 分子甘氨酸进一步反应生成 1 分子丝氨酸，同时释放 CO2和 NH3（NH3可再合成氨基酸）；​
回归叶绿体：丝氨酸回到过氧化物酶体，转化为甘油酸，再进入叶绿体生成 3-PGA，重新参与卡尔文循环。
3.生理意义​
保护光合机构：当光照过强、CO2供应不足时，光呼吸可消耗过剩的 ATP 和 NADPH，避免光合色素和光合酶因 “能量过剩” 受损；​
补充碳源：光呼吸产生的 3-PGA 可回归卡尔文循环，减少碳的浪费；​
适应低 CO2环境：在高氧、低 CO2环境（如高温天气）下，光呼吸可通过释放 CO2提高局部 CO2浓度，辅助 Rubisc 酶的羧化反应。
解题通法
知识点定位法：遇到光呼吸题目，先明确考查核心（过程、场所、酶功能、与光合/暗呼吸的关系），快速关联知识网络中的对应模块（如“Rubisc 酶”→联系其双功能活性，“能量变化”→定位光呼吸“耗能” 特点）；
条件分析法：关注题干中的 “环境条件”（如 O2/CO2浓度、光照强度、温度），分析其对光呼吸的影响（如高 O2→光呼吸增强，高 CO2→光呼吸减弱）；
对比排除法：解答选择题时，利用 “光呼吸与暗呼吸的区别”“光呼吸与光合作用的联系” 等对比点，排除错误选项（如选项涉及 “光呼吸产 ATP”，直接根据 “耗能” 特点排除）；
逻辑推导法：解答简答题时，按 “环境条件→酶活性变化→光呼吸速率变化→对光合的影响” 的逻辑链推导，确保因果关系完整（如例题 2 中 “高温→气孔关闭→CO2不足→Rubisc 加氧活性增强→光呼吸升高→光合下降”）。
1.下列关于光呼吸的叙述，错误的是（ ）
A.光呼吸需要光照条件，暗呼吸无需光照
B.光呼吸过程中 Rubisc 酶可结合 O₂和 CO₂
C.光呼吸产生的 ATP 可用于卡尔文循环
D.光呼吸的场所包括叶绿体和线粒体
2．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图（a）。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图（b）。回答下列问题。
(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的 ，产物C3在光反应生成的 参与下合成糖类等有机物。
(2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图（a）（b）可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是 。
(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率 （填“增大”或“减小”）；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度 （填“大”“小”或“无法判断”）。
(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果： 。
3.(2024黑、吉、辽,21,12分)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。
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 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 和 。
(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 和 (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 。据图3中的数据 (填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是 。
(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 。
1.在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。
(1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，叶片有机物积累速率 （填“相等”或“不相等”），原因是 。
(2)在温度d时，该植物体的干重会减少，原因是 。
(3)温度超过b时，该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是 。（答出一点即可）
(4)通常情况下，为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在 最大时的温度。
2.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Rubisc酶对CO2的Km为450 μml·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 μml·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)。
3.图1所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①~⑦表示代谢途径)。Rubisc是光合作用的关键酶之一,CO2和O2竞争与其结合,分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖;C5氧化则产生乙醇酸(C2),C2在过氧化物酶体和线粒体协同下,完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题。
图Ⅰ
(1)图Ⅰ中,类囊体膜直接参与的代谢途径有 (从①~⑦中选填),在红光照射条件下,参与这些途径的主要色素是 。
(2)在C2循环途径中,乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化,同时生成的 在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。
(3)将叶片置于一个密闭小室内,分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化,获得曲线a、b(图Ⅱ)。
图Ⅱ
①曲线a,0~t1时段释放的CO2源于 ;t1~t2时段,CO2的释放速度有所增加,此阶段的CO2源于 。
②曲线b,当时间到达t2点后,室内CO2浓度不再改变,其原因是 。
(4)光呼吸可使光合效率下降20%~50%,科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶﹐形成了图Ⅲ代谢途径﹐通过 降低了光呼吸,提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的 价值。
图Ⅲ
考点02 光系统与光抑制
1.光系统​
（1）概念：光系统是光合作用光反应阶段中，由光合色素和蛋白质组成的、能吸收、传递和转化光能的复合物，分布在叶绿体类囊体薄膜上。​
（2）核心部分：包括反应中心色素（少数特殊状态的叶绿素 a）和与之结合的蛋白质，是光能转化的关键部位，能将吸收的光能转化为化学能。​
（3）天线色素系统：由大多数叶绿素 a、全部叶绿素 b、类胡萝卜素组成，作用是吸收和传递光能，将光能传递给反应中心色素。​
①光系统 Ⅰ（PSⅠ）：​
反应中心色素为 P700（最大吸收波长 700nm）。​
功能：参与 NADPH 的形成，在光的驱动下，将电子传递给 NADP⁺，同时结合 H⁺生成 NADPH；还可参与 cyclic 电子传递（循环电子传递），仅产生 ATP，不产生 NADPH。​
②光系统 Ⅱ（PSⅡ）：​
反应中心色素为 P680（最大吸收波长 680nm）。​
功能：首先吸收光能，启动光反应，完成水的光解（2H₂O→4H⁺+O₂+4e⁻），产生 O₂和 H⁺；同时将电子传递给后续的电子传递链，为 ATP 合成提供能量。​
③两者协同作用：PSⅡ 吸收光能后，将电子传递给电子传递链，电子经传递后到达 PSⅠ；PSⅠ 吸收光能后，将电子进一步传递给 NADP⁺，形成 NADPH。在电子传递过程中，伴随 H⁺跨类囊体膜运输，形成类囊体膜内外的 H⁺浓度差，驱动 ATP 合成酶合成 ATP。​
2.光抑制​
（1）概念：当植物吸收的光能超过其光合作用所能利用的光能时，光合效率（如光合速率、PSⅡ 活性）下降的现象，称为光抑制，是植物对强光环境的一种适应性反应，也是一种光合损伤。​
（2）成因：​
①直接原因：强光下，PSⅡ 反应中心色素（P680）过度激发，导致反应中心受损（如 D1 蛋白降解），无法正常接收和传递电子，使光反应效率下降。​
②间接原因：光能过剩时，多余的光能会诱导产生活性氧（如超氧阴离子、过氧化氢等），活性氧会破坏光合色素、蛋白质（如酶）和类囊体膜结构，进一步抑制光合作用。​
③影响因素：​
光照强度：是核心因素，光照强度超过光饱和点后，易发生光抑制，且光照越强、持续时间越长，光抑制程度越严重。​
温度：低温下，暗反应酶（如 Rubisc）活性低，暗反应消耗的 ATP 和 NADPH 减少，导致光反应产生的能量积累，加剧光抑制；高温会破坏光合结构，与强光协同加重光抑制。​
CO₂浓度：低 CO₂浓度时，暗反应固定 CO₂的速率低，消耗的光反应产物少，多余光能易引发光抑制。
（3）植物的保护机制：​
①非光化学猝灭（NPQ）：天线色素吸收的多余光能以热能形式散失，减少传递到反应中心的光能，避免反应中心过度激发。​
②酶的保护：植物体内的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶，可清除活性氧，减轻其对光合结构的破坏。​
③天线色素调节：类胡萝卜素可吸收多余光能，且能猝灭激发态叶绿素，保护光合色素；部分植物可调节天线色素的含量或组成，适应强光环境。
解题通法：
1.填空或解答题解题通法：①定位知识点：根据空格前后的提示（如 “光系统 Ⅱ 的反应中心色素是___”“光抑制时，植物通过___清除活性氧”），确定考查的具体知识点（如光系统组成、保护机制）。​
②填准确术语：使用教材规范术语，避免口语化表述（如 “非光化学猝灭” 不能简写成 “热能散失”，“超氧化物歧化酶” 不能错写为 “抗氧化酶”，需写具体酶类）。​
③检验逻辑通顺：填写后通读句子，确保表述符合知识逻辑（如 “___驱动 ATP 合成”，结合知识应填 “类囊体膜内外 H⁺浓度差”，而非 “电子传递”，因电子传递是形成浓度差的原因）。
2.实验题分析方法​
①明确实验变量：​
自变量：通常为 “光照强度”（探究光抑制的光照阈值）、“温度”（探究温度对光抑制的影响）、“CO₂浓度”（探究 CO₂对光抑制的缓解作用）。​
因变量：常用 “光合速率”“PSⅡ 活性”“O₂释放速率”“NADPH 生成量” 等指标衡量光抑制程度。​
无关变量：如植物种类、叶片状态、处理时间、光照波长等，需保持相同且适宜。​
②分析实验结果：​
若 “强光组光合速率＜适光组”，说明发生光抑制；​
若 “强光 + 补充 CO₂组光合速率＞强光组”，说明 CO₂能缓解光抑制；​
若 “低温 + 强光组光合速率＜常温 + 强光组”，说明低温加剧光抑制。​
③得出实验结论：根据结果推导自变量与因变量的关系（如 “在一定范围内，光照强度越高，光抑制程度越严重”“适宜 CO₂浓度可减轻强光导致的光抑制”）。​
1．（2025·山东·高考真题）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所需的电子源自于 。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，能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、 ，离心收集绿藻并重新放入含H218O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 。
2.(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。
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)。
3.(2023山东,21,10分)当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的 PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ活性降低,进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结果如图所示。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PSⅡ均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为 。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 (答出2个因素即可)。
(2)根据本实验, (填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱,理由是 。
(3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量 (填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是 。
1.光合生物吸收过量光能会引起光抑制，即光合作用最大效率和速率降低。如图 1 为叶肉细胞进行光反应过程的模式图，PSⅡ 反应中心是光抑制发生的主要部位。光合生物进化出了多种光保护机制，光呼吸途径是一种重要的途径，其过程如图 2，请回答下列问题。
(1) 图 1 中 PSⅡ 和 PSⅠ 是由光合色素和蛋白质组成的复合物，位于叶绿体的______。自然界中某些细菌如硫细菌进行光合作用时不产生氧气，推测此类细菌可能不具______(填 "PSⅠ" 或 "PSⅡ")。据图可知，ATP 合酶合成 ATP 直接动力是______，光反应生成的 ATP 和 NADPH 为暗反应提供了______。
(2) 强光照射往往会使环境温度升高，导致______，CO₂供应不足，暗反应减慢，光反应产物 ATP、NADPH 在细胞中的含量______。由于 NADP⁺不足，导致电子积累，产生大量的活性氧，这些活性氧攻击叶绿素和 PSⅡ 反应中心，从而损伤光合结构。
(3) 图 2 中 Rubisc 是一种双功能酶，在光下它催化 RuBP (C₅) 与 CO₂的反应称为______，还能催化 C₅与 O₂反应产生 CO₂进行光呼吸。强光下，光呼吸增强，产生的 C₃和 CO₂可加快暗反应的进行，消耗 NADPH 增多，减缓______的不足，避免电子积累引起的光合结构损伤。
(4) 科研人员发现植物细胞内的呼吸链中存在由交替氧化酶 (AOX) 主导的交替呼吸途径，对植物抵抗强光也具有重要意义。如图 3 表示 ATP 与呼吸链对光合作用相关反应的影响。
强光环境下，植物细胞通过 "草酰乙酸 / 苹果酸穿梭" 途径，可有效地将光照产生的______中的还原能输出叶绿体，并最终在______(填场所) 通过 AOX 的作用将其中大部分能量以______形式散失，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。
2.下表为某地夏季晴朗的某天，玉米和花生净光合速率测定值。图1表示玉米的CO2同化途径。玉米叶肉细胞中有一种酶，通过系列反应将CO2“泵入”维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高的CO2，保证卡尔文循环的顺利进行。这种酶被形象地称为“CO2泵”，而花生缺少“CO2泵”。回答下面的问题。
（1）11:00时，光照增加、温度过高，叶片气孔开度下降，作为光合原料之一的 削减，导致花生光合作用速率明显下降，而此时玉米光合作用速率反而有所上升，缘由是 。
（2）假如在玉米叶肉细胞中注入某种抑制剂使“CO2泵”的活性降低，则在短时间内，维管束鞘细胞中ATP的含量变更呈 趋势，缘由是 。
（3）与11:001时相比，17:00时，玉米光合作用速率的限制因素是 。
（4）假设用表中11:001对应的光照强度连续照耀两种作物10分钟，则玉米积累的葡萄糖总量比花生多 mg/m2。（相对原子量：C——12，O——16，H——1）
（5）卡尔文循环需要光反应过程产生的H+，H+最初来源于物质 。
（6）NH4+能增加类囊体对H+的通透性，从而消退类囊体膜两侧的H+浓度差。若将NH4+注入叶绿体基质，下列过程会被抑制的是 。
A.电子传递 B.ATP的合成 C.NADPH的合成 D.光能的吸收
3.强光条件下,植物吸收的光能若超过光合作用的利用量,过剩的光能可导致植物光合作用强度下降,出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制,将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理,如表所示,其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射,实验结果如图所示。
(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收,分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时,随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是 。
(2)强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加,可能的原因有 、 (答出2种原因即可);氧气的产生速率继续增加的原因是 。
(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光抑制 (填“增强”或“减弱”);乙组与丙组相比,说明BR可能通过 发挥作用。
考点03 光合电子传递链
1．光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气、H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。
2．电子(e－)经过电子传递链：质体醌→细胞色素b6f复合体→质体蓝素→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白→NADPH。
3．电子传递过程是高电势到低电势(光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于光能的作用，从而逆电势传递，这是一个吸能的过程)，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入到囊腔侧，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。当然，光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)以及在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程，为建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。
4．类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。
解题通法：“先判类型（循环/非循环），再定环节（PSⅠ/Ⅱ/ 酶）；电子流向上下游，产物变化因果连；最后检查易错点，场所产物别混淆。”
1.先夯实 “光合电子传递链” 核心框架
光合电子传递链的本质是 “在类囊体膜上，通过光系统（PSⅠ、PSⅡ）吸收光能，驱动电子从供体（水）向受体（NADP⁺）传递，同时偶联 ATP 合成”，分为非循环电子传递（主流路径）和循环电子传递（辅助路径），二者的区别是解题的基础。
2.解题四步通法
题型虽多（过程分析、物质推断、能量计算、实验分析等），但均遵循 “定位考点→调用框架→推导逻辑→验证易错” 的流程，具体步骤如下：
①审题定位 —— 明确题型与核心考点
先读题干 / 选项，判断题目考查的是 “传递类型判断”“物质变化分析”“能量计算” 还是 “影响因素（如光照、抑制剂）分析”，圈出关键信息（如 “是否产生 O₂”“是否生成 NADPH”“ATP 变化” 等）。
常见题型定位示例：
若题干出现 “某过程不产生 NADPH，但产生 ATP”→ 定位 “循环电子传递”；
若题干出现 “水分解”“释放 O₂”→ 定位 “非循环电子传递”；
若题干出现 “抑制剂阻断 PSⅡ 功能”→ 定位 “非循环传递受阻，产物变化（O₂、NADPH、ATP 均减少）”。
②调用核心 —— 关联 “传递链框架” 与考点
根据第一步定位的考点，调取 “核心知识对比表” 中的对应内容，明确该路径下的 “电子流向、物质生成、能量转化” 规律：
非循环路径：电子流向为 H₂O → PSⅡ → 电子传递体 → PSⅠ → 电子传递体 → NADP⁺（同时偶联 ATP 合成）；
循环路径：电子流向为 PSⅠ → 电子传递体 → PSⅠ（仅偶联 ATP 合成，无 NADPH 和 O₂）。
③分析推导 —— 结合 “因果逻辑” 推导答案
根据 “电子传递→物质变化→能量变化” 的因果关系，逐步推导：
电子传递受阻的影响：若某环节（如 PSⅡ、电子传递体）被抑制，上游电子无法传递，下游产物会减少；例：抑制剂阻断 PSⅡ→电子无法从水传递到后续环节→O₂生成停止、NADPH 无法合成、ATP 合成减少（仅循环路径可能补偿少量 ATP）。
A.物质比例的计算：非循环路径中，每分解 1 分子 H₂O（产生 2 个电子），生成 1 分子 NADPH 和 1 分子 ATP（高中阶段简化比例，培优可补充：实际每 4 个电子生成 2 个 NADPH 和 3 个 ATP，但题目多按 1:1 或 2:3 给条件）；例：若产生 4ml O₂（对应分解 4ml H₂O，释放 8ml 电子），则非循环路径中 NADPH 生成 4ml，ATP 生成 4~6ml（根据题目给定比例计算）。
B.影响因素的分析：光照强度（影响光系统激活）、CO₂浓度（间接影响：暗反应消耗 ATP/NADPH，若 CO₂不足，二者积累会反馈抑制电子传递）、温度（影响酶活性，如 ATP 合酶）。
C.：验证避坑 —— 检查 “易错点” 排除干扰
3.高频考点突破
考点 1：“传递类型判断” 题（最基础，也是其他题型的前提）.解题技巧：抓 “3 个关键标志”
1．（2023·山东，21）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体（PSⅡ）造成损伤，使PSⅡ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭（NPQ）将过剩的光能耗散，减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：①修复损伤的PSⅡ；②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。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PSⅡ均造成了损伤。

(1)该实验的自变量为 。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 （答出2个因素即可）。
(2)根据本实验， （填“能”或“不能”）比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱，理由是 。
(3)据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量 （填“多”或“少”）。若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是 。
2．（2022·山东，21）强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯（BR）对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。
(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析，液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是 。
(2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有 、 （答出2种原因即可）；氧气的产生速率继续增加的原因是 。
(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光抑制 （填“增强”或“减弱”）；乙组与丙组相比，说明BR可能通过 发挥作用。
3．（2021·山东，21）光照条件下，叶肉细胞中 O2与 CO2 竞争性结合 C5，O2与 C5结合后经一系列反应释放 CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 S BS 溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的 CO2量表示，SBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
（1）光呼吸中 C5与 O2结合的反应发生在叶绿体的 中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片 CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是 。
（2）与未喷施 SBS 溶液相比，喷施 100mg/L SBS 溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度 (填：“高”或“低”)，据表分析，原因是 。
（3）光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究 SBS 溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在 mg/L 之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
1．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粮食安全。根据下面的材料回答问题。
材料一：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，如图所示。

(1)据图可知，光系统Ⅱ中，光使叶绿素中的一个电子由低能状态激发到高能状态，这个高能电子随后丢失能量而进入光系统Ⅰ，光系统Ⅱ中丢失的电子由 中的电子补充；光系统Ⅰ中也有高能电子，其作用是形成 。
材料二：当光照过强，小麦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，气孔关闭，叶肉细胞内因NADP+不足、O2浓度过高，会生成一系列光有毒产物，若这些物质不能及时清理，会攻击叶绿素和光系统Ⅱ中的D₁蛋白，从而损伤光合结构。
(2)强光条件下，叶肉细胞O2浓度过高，分析可能的原因 。
(3)研究发现，Ca2+能够缓解因强光引起的D1蛋白含量下降。请以小麦为实验材料设计实验验证该结论，请写出实验思路和预期结果 。
2．水稻是重要的粮食作物，我国稻作区大多会遭遇不同程度的冷害。研究者利用水稻相关突变体开展研究。
(1)将突变体水稻spus1置于低温下种植，出现叶绿体发育缺陷、叶片白化现象。白化苗中位于 膜上的光合色素缺少，直接影响了光合作用的 反应。
(2)研究者发现，活性氧（ROS）的积累是引起突变体spus1低温白化表型的原因，在突变体中导入ROS清除酶的基因。实验结果为 时，支持上述结论。
(3)研究者欲寻找突变体spusl的抑制因子，进一步研究水稻耐冷的机理。请选取合适选项，以呈现科学家获得抑制因子的研究思路 。
a.建立针对突变体spusl的诱变库
b.建立针对野生型的诱变库
c.筛选低温下表型为绿色的幼苗
d.筛选低温下表型为白色的幼苗
e.筛选正常温度下表型为绿色的幼苗
f.获取抑制因子对应的基因并进行克隆
(4)后续实验发现该抑制因子编码一种定位在线粒体的SOP10蛋白，此蛋白可以影响线粒体内膜的电子传递链复合物Ⅰ的合成。
①有氧呼吸第三阶段中，NADH经电子传递链复合物释放电子和H⁺，最终与 结合生成水并合成ATP。与此同时，该过程也是细胞内ROS的主要来源。
②nad基因编码的蛋白质是复合物Ⅰ的重要组分。为进一步研究SOP10的作用机理，研究者在低温条件下开展进一步实验，结果如图1、2所示。结果表明 。
注：内参蛋白：一般是指管家基因编码表达的蛋白，它们在各个组织和细胞中的表达相对恒定，在检测蛋白的表达水平变化时常用它来做参照。
③请综合以上研究，解释突变体spusl sp10耐冷的机制是 。
3．苹果是重要的经济植物，光抑制现象（光照强度超过植物光合作用所能利用的限度，使光合效率下降的现象）严重影响了其光合作用效率，科研人员开展了相关研究。请回答下列问题。
(1)光合电子传递链主要由光系统I(PSH)、质体醌（PQ）、细胞色素b。f和光系统I(PSI）等复合体组成。植物体内存在线性电子传递和环式电子传递，过程如图。环式电子传递是植物进化出的光保护机制之一，此过程仅产生ATP不产生NADPH。
①光系统I(PSI）和光系统I(PSH）位于叶绿体的 结构上，作用是 。
②线性电子传递链中，PSH和PSI共同受光的激发，PSH从 中夺取e，最终将e传递给 。在e的传递过程中，通过PQ与PQH2的循环转化，将H+转运至类囊体腔中，H+再顺浓度梯度流经 ，推动ATP的合成。在类囊体薄膜上，光能最终被转化为 。
③过强的光照导致叶绿体中过剩的e以O2作为最终受体，产生O2和H2O2损伤类囊体薄膜。强光会激活由 （填“PSI”或“PSH”）推动的环式电子传递途径，一方面消耗过剩光能，减少O2和H2O2的产生；另一方面，因PQH2转化成PQ产生H+,H+仍能形成跨膜质子梯度，从而使光反应产生的ATP/NADPH的比值 （选填：上升/下降/不变），最终起到光保护作用。
(2)科研人员推测油菜素内酯（BR）可能通过促进光反应关键蛋白的合成，进而减弱光抑制。已知试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成，请完善下表。
1.下图表示植物叶肉细胞叶绿体的类囊体膜上发生的部分代谢过程，其中运输H＋的载体蛋白有两种类型，从而实现H＋在膜两侧间的穿梭。下列分析不正确的是( )
A．图中过程产生了O2、ATP和NADPH等
B．H＋可由叶绿体基质进入类囊体腔，该过程属于主动运输，但消耗的能量不是由ATP提供的
C．通过类囊体膜转运H＋的两种机制不相同
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
2.若某抑制剂特异性抑制 NADP⁺还原酶（催化 NAD⁺→NADPH），则光反应中会出现（ ）
A. O₂生成停止 B. ATP 合成停止 C. NADPH 积累 D. 电子传递受阻
3.当环境中 CO₂浓度突然升高时，植物光合电子传递链的变化是（ ）
A. 循环传递增强 B. 非循环传递增强 C. O₂生成减少 D. ATP 合成减少
4.下列关于光系统与电子传递的叙述，错误的是（ ）
A. PSⅡ 的放氧复合体参与水光解，释放 O₂和 H⁺
B. 环式电子传递可单独为暗反应提供 ATP
C. 质体醌通过传递电子驱动 H⁺跨类囊体膜运输
D. NADPH 的生成依赖 PSⅠ 和 PSⅡ 的协同作用
5.下列关于光呼吸的叙述，正确的是（ ）​
A. 光呼吸增强时，卡尔文循环中 C₅的再生速率下降​
B. 线粒体中甘氨酸转化为丝氨酸时释放 CO₂，需消耗 NADH​
C. 热胁迫下 H₂O₂通过抑制 PGLP1 酶活性增强光呼吸，提高植物耐热性​
D. 用 ¹⁸O 标记 O₂，光呼吸产生的 CO₂中可检测到放射性​
6．(2021·湖南，18)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：
(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。
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：____________________________。
7．在许多植物中，花的开放对于成功授粉至关重要，部分植物的花能够反复开合，主要是相关细胞膨压，即原生质体对细胞壁的压力变化引起的。龙胆花在处于低温（16℃）下30min内发生闭合而在转移至正常生长温度（22℃）、光照条件下30min内重新开放，这与花冠近轴表皮细胞膨压变化有关，水通道蛋白在该过程中发挥了重要作用（水通道蛋白磷酸化后运输水的活性增强），其相关机理如图所示。

(1)水分子进出龙胆花花冠近轴表皮细胞的运输方式除图所示方式外还有 。
(2)据图分析，囊泡通过膜融合将水通道蛋白转移到细胞膜，体现了细胞膜的 特点。蛋白激酶GsCPK16使水通道蛋白磷酸化 （填“会”或“不会”）引起水通道蛋白构象的改变。
(3)据图分析，龙胆花由低温转正常温度、光照条件下重新开放的机理是：一方面温度升高促使囊泡上的水通道蛋白去磷酸化后转移至细胞膜，另一方面光照 ，进而激活蛋白激酶GsCPK16，使水通道蛋白磷酸化，运输水的活性增强，膨压 ，花朵重新开放。
(4)结合上述信息，对种植龙胆花的花农提出一条提高授粉成功率的建议： 。
8．RuBP羧化/加氧酶是光合作用中常用的一种双功能酶，在该酶的催化作用下，C5与O2结合发生光呼吸，或C5与CO2结合发生光合作用暗反应(如图1)。两种反应比例取决于细胞质基质中O2与CO2的相对含量。图2是科学家在适宜光照条件下，测量得到的植物甲(低光呼吸植物)和植物乙(高光呼吸植物)在不同CO2条件下总光合速率与温度的关系。
(1)由图1 可知光呼吸和卡尔文循环都能利用的物质除了 C5 还有 ，所填物质产生的场所是 。
(2)叶肉细胞中消耗O2 的场所有 ，卡尔文循环中CO2 中碳元素的转移途径是 (用文字和箭头表示)。
(3)据图2分析，在大气CO2浓度条件下，40℃时限制甲、乙两种植物光合速率的主要环境因素分别是 ；已知植物乙光合的最适温度是 45 ℃，CO2浓度不影响光合相关酶的活性，请结合光呼吸和卡尔文循环，解释在正常大气 CO2浓度下、温度从40℃升高到光合作用最适温度的过程中，植物乙总光合作用速率不升反降的原因是 。
9．高等植物的Rubisc酶具有“两面性”，当CO2浓度较高时，该酶催化C5与CO2反应，完成光合作用，当O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2，这种植物在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。光呼吸的过程如图1所示。光呼吸和光合作用这两种反应的比例取决于CO2和O2的相对含量。研究人员探究了弱光和强光条件下光呼吸产生的CO2被光合作用重新利用的比例（P值），结果如图2所示，回答下列问题：

(1)高等植物叶肉细胞中的Rubisc酶分布在 ，Rubisc酶催化C5和CO2结合产生C3化合物的过程称为 。
(2)探究弱光和强光条件下光呼吸产生的CO2被光合作用重新利用的比例时，需对光呼吸产生的CO2进行追踪，可采用的方法是 。分析图2可知，弱光下光呼吸产生的CO2被光合作用重新利用的比例低，此时限制光合作用的主要环境因素是 ，强光下光呼吸产生的CO2被光合作用重新利用的比例显著提高，试阐述其原因 。
(3)乙醇酸分布在叶绿体中，可通过叶绿体膜上的转运载体运输到细胞质中参与光呼吸过程。科学家通过转基因技术成功将GOC支路导入水稻并定位至叶绿体中，构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路。该支路可以使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被完全分解为CO2，从而 （填“促进”或“抑制”）光呼吸过程。
10．植物的光合作用依赖光照，但光能超过光合系统所能利用的能量时，光合器官可能遭到破坏，该现象称为光抑制。光呼吸能利用部分有机物，在吸收O2放出CO2的同时消耗多余光能，对光合器官起保护作用。光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照、高氧和低二氧化碳情况下发生的一个生化过程，见下图（Rubisc表示1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶）。回答下列问题。
(1)图示卡尔文循环发生在 （具体场所）；C3生成糖类的过程中NADPH的作用是 ；若突然停止光照，C5的含量将 （填“增加”“不变”或“减少”）。
(2)据图可知，Rubisc既可催化 与C5结合，生成C3；又能催化 与C5结合，生成C3和乙醇酸（C2）。强光下，叶肉细胞的光呼吸会增强，原因是 。
(3)与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”。据图分析，请写出光呼吸和暗呼吸的相同点 。
11．图甲表示A、B两种植物光合作用效率随光照强度改变的变化曲线；图乙表示将A植物放在不同浓度CO2环境条件下，真正光合速率受光照强度影响的变化曲线。请据图回答：
(1)图甲中，在c点时产生ATP的场所有 。b点时叶肉细胞光合作用强度 （填“大于”“小于”或“等于”）呼吸作用强度。
(2)图乙中，在e点时，叶绿体中ADP的移动方向是从 移向 ；d点条件变为e点条件时，叶肉细胞中C3的含量短时间内 （填“升高”“降低”或“基本一致”）。
(3)在强光条件下，叶肉细胞气孔关闭使CO2吸收受阻，此时过高的O2会在R酶的作用下氧化C5，生成CO2，被称为光呼吸，研究人员通过研究光呼吸拟通过在植物体内构建人工代谢途径进一步提高植物的固碳能力。光呼吸与光合作用相伴发生，其过程如图所示：
已知R酶具有双重催化功能，既可催化CO2与C5结合，生成C3；又能催化O2与C5结合，生成C3和乙醇酸（C2）。实际生产中，可以通过适当升高CO2浓度达到增产的目的，请从光合作用原理和R酶的作用特点两个方面解释其原理： 。
12．Rubisc酶具有“两面性”，CO2浓度较高时，该酶参与暗反应，催化C5与CO2反应，最终得到光合产物；O2浓度较高时，该酶参与光呼吸，催化C5与O2反应形成乙醇酸，最终产生CO2。图示实线部分为高光、高温条件下，水稻叶肉细胞的部分代谢过程，图示虚线为利用基因工程技术构建的光呼吸GOC支路。回答下列问题。
(1)光合作用暗反应过程中Rubisc催化反应的产物被还原，为其提供能量的物质是 。晴朗的夏季中午，水稻会出现“光合午休”现象，该现象的产生主要与一种植物激素含量的变化相关，该激素为 。
(2)图中参与光呼吸过程的双层膜细胞结构有 。研究发现，光照强度降低时，光呼吸的速率也会降低，推测其原因是 。
(3)光呼吸GOC支路的构建可显著提高水稻产量，其原理是 。
13．绿色植物通过光合作用捕获、转化光能用于生长、繁殖。但当植物吸收的光能过度时，叶肉细胞内因不足，使电子传递给，形成超氧阴离子自由基（）等一系列光有毒产物，从而损伤光合结构。图1表示光合作用的部分过程，回答下列问题：
(1)图1中PSⅠ、PSⅡ两个光系统分布于 上。经这两个光系统的协同作用，植物将光能转化为 中的化学能，用于卡尔文循环。
(2)分析图1可知，在光照条件下，图1中膜内浓度 （填“大于”小于”或“等于”）膜外；ATP合成酶的作用有 ；
(3)植物在长期进化过程中形成了光呼吸的方式以减轻光抑制现象，其机制如图2所示。据图可推测光呼吸缓解光抑制的机理是 。
(4)研究发现，重金属镉能破坏PSⅡ结构，还可促进脱落酸的合成，从而抑制光合作用的进行，从卡尔文循环角度分析其原因是 。
14．早春出现的“倒春寒”易导致植物发生光抑制现象，即植物对光能的吸收量超过利用量，过剩的光能抑制了光合作用。科研人员用低温弱光模拟这种环境胁迫来研究桃树光抑制发生的机制。回答下列问题：
(1)如图1所示，高等植物叶肉细胞的叶绿体内含有两个位于叶绿体的 上的光系统：光系统I（PSI）和光系统Ⅱ（PSⅡ），能够吸收光能并将水裂解为 ，反应中心在将电子传递出去前处于关闭状态。光照下，PSⅡ将电子传递给PSI，促进图中“？” 的合成，该物质在碳反应中作为 。

(2)图2为不同实验条件下桃树叶片的相关生理指标。

据图2分析可知：
①本实验的自变量有 。低温胁迫 （填“一定”或“不一定”）会破坏光系统。
②低温前提下，弱光导致的光抑制现象可能是由于 （填“PSI”、“PSⅡ”或“PSI和PSⅡ”）被破坏而导致的，判断依据是 。
③低温弱光胁迫的0~3h内，桃树叶片会通过 来降低过剩光能对光系统的伤害，但随时间延长，光系统受损严重导致光抑制加重。
15．强光条件下，光合器官所吸收的光能超过光合作用所能利用的能力时，叶绿素分子吸收光能后会转变为3ch1（单线激发态叶绿素），3ch1与反应生成有害的IO2（单线态氧），攻击叶绿素和PSII反应中心的蛋白（叶绿体内合成），从而损伤光合结构。类胡萝卜素可快速淬灭，也可以直接清除IO2。图为拟南芥叶肉细胞类囊体膜上发生的光反应示意图，PQ、、、是运输电子的相关蛋白质，PQ在运输电子的同时还可以运输H+；表为正常拟南芥和突变体拟南芥绿叶中色素相对含量（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示不同色素带），据图回答下列问题：
表各种色素的相对含量
(1)图中，A侧是 （填写“类囊体腔”或“叶绿体基质”），电子传递最终受体是 ，其接受电子后生成的产物可以为暗反应中 过程提供能量。
(2)单线态氧等氧化物质在任何光照条件下都可产生，但一般不会对光合器官造成氧化伤害，而强光下它们却损伤光合结构，从其产生和消耗的角度考虑可能的原因是 。
(3)研究发现强光导致光抑制时，突变体拟南芥植株光合速率下降更快，由此判断表中属于类胡萝卜素的是 。与正常拟南芥相比，突变体拟南芥的光饱和点 （填写“更高”或“更低”或“不能确定”），原因是 。
(4)D1蛋白是构成PSII（光系统Ⅱ）的核心蛋白，强光时易受破坏，研究表明，当强光下PSII和线性电子传递被抑制时，可以将电子传给PQ形成闭合的电子传递循环以适应强光胁迫。从D1蛋白合成角度考虑环式电子传递存在的意义有 。
16．早春出现的“倒春寒”易导致植物发生光抑制现象，即植物对光能的吸收量超过利用量，过剩的光能抑制了光合作用。科研人员用低温弱光模拟这种环境胁迫来研究桃树光抑制发生的机制。回答下列问题：
(1)图1中，高等植物叶肉细胞的叶绿体内含有吸收、传递、转化光能的两个光系统：光系统I（PSI）和光系统Ⅱ（PSⅡ），其中PSII是叶绿体类囊体薄膜上由蛋白质和 组成的复合物，可将H2O分解，产生的H⁺通过ATP合酶顺浓度梯度进入叶绿体基质驱动ATP的合成，这表明ATP合酶具有 的功能。
(2)桃树叶片在不同实验条件下处理，并每隔1h取样置于25℃和正常光照条件下测得相关生理指标如图2。
①仅低温胁迫 （填“会”或“不会”）破坏光系统。
②低温前提下，弱光导致的光抑制现象可能是由于 （填“PSI”、“PSII”或“PSI和PSII”）被破坏而导致的，判断依据是 。
③低温弱光胁迫的0~3h内，桃树叶片的qN升高的原因是 ；推测3~6h内，qN降低的原因是 。
(3)农业上常通过补充蓝光来改善“倒春寒”引起的光抑制现象，请结合上述研究，推测相关机理为 。
17.叶绿体进行能量转换依靠光系统（指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物，包括PSⅠ和PSⅡ）将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成，同时驱动膜内的质子泵在膜两侧建立H＋梯度，进而驱动ATP的合成。
注：类囊体膜上主要有光系统Ⅰ（PSⅠ）、光系统Ⅱ（PSⅡ）、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP合酶蛋白复合体四类蛋白复合体，参与光能吸收、传递和转化，以及电子传递、H＋输送和ATP合成等过程。
据图回答下列问题：
(1)光反应过程中，ATP的形成与光系统 （填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”）发挥作用产生的H＋浓度梯度有关。
(2)叶绿素a（P680和P700）接受光的照射后被激发，释放势能高的电子，电子的最终供体（供给电子的物质）是 。通过光合电子传递链，光能最终转化为 中的化学能。
(3)图中ATP合酶的作用是 ；据图分析，增加膜两侧的H＋浓度差的生理过程有 （答出三点即可）。
(4)除草剂二溴百里香醌（DBMIB）是质体醌（PQ）的类似物，可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合，阻止光合电子传递到细胞色素b6f。若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体，会导致ATP含量显著下降，其原因可能是 。
18．叶绿体进行光反应依靠光系统，光系统是光合色素和蛋白质结合形成的大型复合物，包括PSI和PSⅡ。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成，同时驱动膜上的质子泵在膜两侧建立H+梯度，进而驱动ATP的合成，其过程如图1所示。回答下列问题。

(1)下列有关PSI和PSⅡ的叙述，正确的是___________。
A．都能转化光能B．都能传递电子C．都能还原NADP+
(2)图1中的膜外结构具体指 ，H+从膜内至膜外的跨膜运输方式的特点有 （写出1点即可）。
(3)当光照过强时，过剩的光能会对PSⅡ造成损伤，细胞可通过非光化学淬灭（NPQ）将过剩的光能耗散，减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有两大功能：参与NPQ的调节和修复损伤的PSⅡ。研究人员以野生型和H基因缺失突变体的拟南芥为材料进行了相关实验，结果如图2所示。实验中，利用相同强度的强光照射野生型和突变体，对二者的PSⅡ均造成了损伤。

①本实验的目的是 ；实验结果表明，H蛋白对NPQ合成起 作用（填“促进”或“抑制”）。
②根据本实验，不能比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱，理由是 。
③若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是 。
19．聚球藻属于蓝细菌，其羧化体可限制气体的扩散。甘油葡萄糖苷（GG）属于抗渗透压物质，能增强细胞的抗盐胁迫能力，藻体引入GG生物合成途径（①②）后，藻体抗盐胁迫能力明显增强。据图回答下列问题：

注：G6P是葡萄糖-6-磷酸，G1P是葡萄糖-1-磷酸，ADP-GLC是ADP-葡萄糖；“⊥”表示抑制酶的合成。
(1)聚球藻光合作用光反应的场所是 ，其上的光合色素包括藻蓝素和 ，前者主要吸收黄橙光，后者主要吸收 。
(2)光合色素接受光能后，将从水中获得电子，电子经过光合电子传递链的传递，最终被受体 接收。图示光合片层膜上含有ATP合成酶，推测其以 的方式运输H+，并利用H+浓度差合成ATP。在酵母菌细胞中，ATP合成酶还可分布于线粒体 （填“内”或“外”）膜上。
(3)图中CO2以 （填物质）的形式运输到羧化体后，不断汇聚并使CO2浓度明显升高，促进 的进行，有利于光合产物的合成。
(4)藻体引入GG生物合成途径后，促进 酶的合成或提高，该酶的活性均有利于增加GG含量。还可降低控制酶1、酶2和酶3合成基因的表达量，以增强其抗盐胁迫能力，据图分析，降低三种酶合成量的途径是 。三年考情
光呼吸
2025·陕晋青宁
2024·全国卷 Ⅱ 试题
2024·黑吉辽，21
2023·湖南，17
光系统与光抑制
2025·山东，21
2024·河北，18
2024·上海，1
光合电子传递链
2024·浙江
2023·山东，21
2021·湖南，18
2021·重庆，21
项目
光呼吸
光系统与光抑制
光合电子传递链
核心知识体系构建
维度​
光呼吸​
暗反应（卡尔文循环）
触发条件​
高氧低 CO₂（强光/干旱）​
需CO2、ATP、NADPH​
场所​
叶绿体→过氧化物酶体→线粒体​
叶绿体基质​
能量变化​
消耗 ATP（无净产）​
固定 CO₂合成有机物​
关键酶​
Rubisc（加氧活性）​
Rubisc（羧化活性）​
①光系统 Ⅰ（PSⅠ）：类囊体膜上的蛋白 - 色素复合体，介导 NADPH 合成，核心功能是电子传递终点的还原反应。​
②光系统 Ⅱ（PSⅡ）：催化水的光解（产生 O₂、H⁺、e⁻），是电子传递链的起点。​
③电子传递链：质体醌→细胞色素 b₆f 复合体→质体蓝素→PSⅠ→铁氧还蛋白→NADPH，伴随 H⁺跨膜梯度建立（供 ATP 合成）。
（2）（2）光抑制机制​
①触发条件：强光下 PSⅡ 活性中心过载，电子传递受阻。
②损伤路径：​
A.直接损伤：D1 蛋白降解导致 PSⅡ 复合体失活。​
B.间接损伤：电子泄露引发活性氧积累，破坏类囊体膜结构。
③保护机制：环式电子传递增强（仅产 ATP 不产 NADPH）、叶黄素循环耗散过剩光能。
①光合传递链（又称光合电子传递链）是光合作用光反应阶段的核心环节，其功能是将光能转化为活跃化学能，为暗反应提供能量与还原剂。​
②场所定位：类囊体膜的结构适配性​
光合传递链的所有组分均分布于叶绿体类囊体膜上，其膜结构的特殊性为传递链功能提供支撑：③类囊体膜的 “垛叠（基粒）与非垛叠（基质类囊体）” 区域分工：PSⅡ（光系统 Ⅱ）多集中于基粒类囊体膜（利于捕获强光），PSⅠ（光系统 Ⅰ）与 ATP 合酶多分布于基质类囊体膜及基粒边缘。
④光合传递链的组分分为“蛋白复合体”和 “可移动电子载体”
A. 蛋白复合体-PSⅡ（光系统 Ⅱ）:吸收光能，裂解水（产 O₂、H⁺、电子），将电子传递给 PQ
a.细胞色素 b₆f 复合体:传递电子（PQ→PC），同时将 H⁺从基质泵入类囊体腔
b.PSⅠ（光系统 Ⅰ）:吸收光能，将电子从 PC 传递给铁氧还蛋白（Fd）
c.NADP⁺还原酶（FNR）:催化 Fd 上的电子转移给 NADP⁺，生成 NADPH
B.可移动电子载体
a.质体醌（PQ，脂溶性）:连接 PSⅡ 与细胞色素 b₆f，可携带 H⁺跨膜移动
b.质体蓝素（PC，水溶性）:连接细胞色素 b₆f 与 PSⅠ，在类囊体腔中移动
c.铁氧还蛋白（Fd，水溶性）:连接 PSⅠ 与 FNR，在类囊体基质侧传递电子
命题规律分析
①基础机制考查深化:以 Rubisc 酶的羧化/加氧活性为核心，结合 C3/C4 植物代谢差异命题。
②结合酶对 CO2/O2的亲和力差异,细胞区室化对光呼吸的抑制作用命题。
③物质能量转化计算：结合光呼吸的 ATP/NADPH 消耗特性设计定量分析。
④逆境生理关联:围绕高温、干旱等胁迫条件设计情境，考查光呼吸的双重作用：​
⑤负面效应：高温促进 Rubisc 加氧活性，导致 26% 碳损失​
⑥适应价值：干旱时消耗过剩光反应产物（NADPH/ATP），避免光合机构损伤​
⑦跨模块知识整合:关联碳循环、农业生产实际，如大棚 CO₂调控对光呼吸的影响,CAM 植物（菠萝、仙人掌）的时间维度适应（夜间储 CO₂避免日间光呼吸）​
⑧光呼吸替代途径:以学科突破为情境，碳固定型途径,脱羧途径。
⑨基因编辑技术应用：结合 CRISPR 技术改造 Rubisc 或设计代谢旁路，基因编辑对酶活性的定向改造。
⑩实验探究题型：聚焦机制验证与效率提升​
①光抑制类型（动态 / 慢光抑制）、光系统差异（PSⅠ/PSⅡ 损伤机制）的区分。
②多维度机制的综合关联
将形态学调整（叶片倾角 60°-75°、叶绿体聚集）、分子防御（SOD 活性激增 3-5 倍）、代谢调节（Rubisc 活性提升 1.8-2.3 倍）纳入同一情境。
③胁迫因子叠加：结合低温、干旱等逆境设计考题，如 “解释干旱条件下气孔关闭加剧光抑制的双重机制”（CO₂不足限制碳同化 + 活性氧清除系统负荷增加）。​
④叶绿素荧光技术的应用拓展
⑤以 Fv/Fm（光化学效率）、NPQ（非光化学猝灭）为切入点，设计 “强光处理下突变体与野生型的荧光曲线差异分析”，需关联叶黄素循环效率与热耗散能力。​
⑥实验设计：如 “验证 D1 蛋白周转对 PSⅡ 修复的必要性”，可设置抑制剂组（阻断蛋白合成）与对照组，检测光合速率与荧光参数变化。​
⑦多维数据整合：结合 “色素含量柱形图 + 电子传递速率折线图 + 酶活性热图”，考查 “弱光转强光后光系统的适应性调节”，需提取 “叶绿素 b 下降 15%-22%→捕光天线缩小” 等关键信息。​
⑧学科交叉设计：融入物理光学（红光 / 蓝紫光穿透性差异），如 “解释海洋藻类垂直分布与光系统结构的适配性”。
①光系统及电子传递链是高考高频考点考查。
②既有选择题也有非选择题，以非选择题为主。
③命题情境：多以实验研究为背景，如光照强度、光质对光合作用的影响，光抑制现象，电子传递链抑制剂的作用等。
④光系统的结构和功能
⑤电子传递链的路径和机制
⑥光能转化为化学能的过程
⑦光抑制现象及其机制
⑧环境因素对光合作用的影响
命题预测
1.综合关联化：光呼吸与光合作用、细胞呼吸结合考查。​
2.实验情境化：以 “曲线分析”“突变体实验” 为载体，考查净光合速率计算（总光合= 净光合 + 呼吸+光呼吸）、实验变量控制等能力。​
3.前沿落地化：最新科研成果（如 H₂O₂调控光呼吸酶 PGLP1、基因编辑改造光呼吸途径）已进入命题视野，侧重考查信息提取与知识迁移。​
4.基础机制：酶与场所的双重考查，Rubisc 酶特性​
A.催化方向取决于 CO₂/O₂比值（高比值促光合，低比值促光呼吸）。​
B.选择题（酶功能判断）、填空题（反应式书写）。​
C.核心路径：C₅→乙醇酸→乙醛酸→甘氨酸→CO₂（碳回收率 75%），消耗 ATP 和 NADPH。​
D.命题陷阱：光呼吸与有氧呼吸的区别。D.光合作用 CO₂来源包括外界、细胞呼吸及光呼吸；C₃化合物在卡尔文循环与光呼吸间的分配。​
E.绘制 “光合 - 光呼吸 - 呼吸” 碳流模型，分析 CO₂浓度对碳分配的影响。​
F.结合黑白瓶实验数据（初始溶氧量 m₀、黑瓶 m₁、白瓶 m₂），计算光呼吸速率。​
5.实验探究：变量与结论的逻辑链​
A.经典实验迁移​
B.转基因实验分析​
C.农业与进化视角​
增产技术命题​
D.光呼吸抑制剂（如 CA1P）或基因编辑（改造 Rubisc 酶）提高作物产量。​
E.光呼吸在低 CO₂原始大气中的进化价值（回收碳元素），与 C₄植物的适应性对比。
1. 结构示意图解读类（基础能力层）​
A.考查重点：光系统组成、电子传递路径、质子梯度形成与 ATP 合成的关联。B.命题情境：结合类囊体膜上 PSⅠ/PSⅡ 分布示意图，设置 “电子传递阻断剂影响”“质子通道抑制剂作用” 等问题。​
2. 多因素交互作用类
A.CO₂浓度等因子的协同 / 拮抗效应。​
B.命题情境：夏季正午 “强光 + 高温” 导致番茄光合速率下降的机理分析，或低温胁迫对花生 PSⅠ 活性的影响。​
3. 光保护机制探究类（实验探究层）​
A.考查重点：NPQ 机制、D1 蛋白功能及人工干预措施（如铁氰化钾的作用）。​
B.命题情境：对比野生型与 NPQ 缺陷突变体在强光下的 PSⅡ 活性，或探究外源物质（如叶黄素类似物）对光抑制的缓解效果。​
4. 技术应用情境类（创新拓展层）​
A.考查重点：植物工厂 LED 补光技术与光系统功能的匹配性。​
B.命题情境：不同波长 LED 灯（680nm/700nm）对 PSⅠ/PSⅡ 活性的影响，设计 “精准补光方案” 以减少光抑制。​
5.学科融合：结合半导体技术与光合生理，体现 STS（科学 - 技术 - 社会）教育理念。
1.机制深化：聚焦质子梯度与能量转换​
A.命题逻辑：结合化学渗透假说验证实验（贾格道夫实验），考查 H⁺梯度的形成机制及 ATP 合成的直接动力。​
B.预测设问：黑暗中将类囊体置于 pH=4 的溶液中平衡后，转移至 pH=8 的含 ADP+Pi 缓冲液，为何能合成 ATP？若加入破坏类囊体膜完整性的试剂，实验结果会如何变化？
2.逆境适应：电子传递途径的动态调控​
A.命题逻辑：强光 / 低温下，环式与线性传递的切换机制及生理意义（如提高 ATP/NADPH 比例）。
B.预测情境：拟南芥 C37 蛋白缺失突变体在强光下萎黄，研究发现其电子传递受阻于 PSⅠ→Cb6/f 环节（图 2）。请分析：①突变体为何无法适应强光？②环式电子传递如何通过调节 ATP/NADPH 比例缓解光抑制？
3.跨模块综合：光合与呼吸电子传递链对比​
A.命题逻辑：类比光合磷酸化与氧化磷酸化的共性（H⁺梯度驱动 ATP 合成）与差异（能量来源、电子受体）。​
B.预测设问：列表比较叶绿体类囊体膜与线粒体内膜上的电子传递过程：①电子供体与最终受体；②H⁺的运输方向；③ATP 合成的能量来源。
​考点​
关键内容​
定义​
光照下 Rubisc 催化 RuBP 与 O₂结合，生成磷酸乙醇酸（“碳流失” 过程）
与暗反应的区别​
底物（O₂vs.CO₂）、产物（磷酸乙醇酸 vs. 三碳化合物）、能量变化（消耗 ATP vs. 固定能量）​
生理意义​
1. 消耗过剩 ATP/NADPH，避免光抑制；2. 干旱时关闭气孔后，维持碳循环运转​
C3/C4 植物差异​
C4 植物通过 “花环状结构” 将 CO₂浓缩到维管束鞘细胞，抑制 Rubisc 与 O₂结合，光呼吸弱​
对比项​
PSⅡ（光系统 Ⅱ）​
PSⅠ（光系统 Ⅰ）​
核心色素​
叶绿素 a（P680）​
叶绿素 a（P700）​
功能​
吸收光能分解水（产 O₂、H⁺、电子）；推动电子传递​
吸收光能将电子传递给 NADP⁺，生成 NADPH​
位置​
类囊体膜外侧（靠近 strma）​
类囊体膜内侧（靠近 lumen）​
易错点
正确认知
常见错误
光呼吸与暗呼吸的场所
光呼吸：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体；暗呼吸：细胞质基质、线粒体
认为光呼吸仅发生在叶绿体，或与暗呼吸场所完全相同
光呼吸的能量变化
消耗 ATP、NADPH（“耗能” 过程）
误认为光呼吸像暗呼吸一样 “产生能量（ATP）”
Rubisc 酶的功能
兼具羧化酶（结合 CO₂，光合）和加氧酶（结合 O₂，光呼吸）活性，活性受 CO₂/O₂浓度比调控
认为 Rubisc 仅催化卡尔文循环（只结合 CO₂）
光呼吸的底物
核心底物是 RuBP，而非葡萄糖
混淆光呼吸与暗呼吸的底物，认为光呼吸底物是葡萄糖
光呼吸的 “利弊”
并非完全 “浪费”，可保护光合机构、补充碳源
片面认为光呼吸仅消耗有机物，无生理意义
覆膜处理
叶绿素含量
(mg/g)
类胡萝卜素
含量(mg/g)
白膜
1.67
0.71
蓝膜
2.20
0.90
绿膜
1.74
0.65
易错点
错误原因
正确辨析
误认为 PSⅠ 参与水的光解，PSⅡ 参与 NADPH 形成。
对两者核心功能的逻辑关系理解不清，未明确光反应中电子传递的顺序（PSⅡ→电子传递链→PSⅠ）。
PSⅡ 是光反应的 “启动者”，先吸收光能完成水的光解；PSⅠ 后接收电子，主要负责将电子传递给 NADP⁺生成 NADPH。
将强光下光合速率下降都归因为暗反应（如 CO₂不足），忽略光抑制的存在。
未掌握光抑制的触发条件（光能过剩），混淆 “底物限制”（暗反应）与 “结构 / 功能损伤”（光抑制）的本质差异。
若强光下补充 CO₂后光合速率仍不提升，可能是光抑制导致；若补充 CO₂后速率上升，则是暗反应（CO₂不足）限制。
认为天线色素也能将光能转化为化学能，或反应中心色素负责吸收大量光能。
对两者在 “光能处理” 中的分工理解错误。
天线色素仅负责 “吸收和传递” 光能（不转化），且吸收的光能最终传递给反应中心色素；反应中心色素仅少数（特殊叶绿素 a），负责 “转化” 光能为化学能（启动电子传递）。
时间
光合速率（CO2mml/m2·h）
玉米
花生
9:30
136.8
90.0
11;00
144.0
72.0
12:30
126.0
90.0
14:00
108.0
79.2
15:30
90.0
64.8
17；00
54.4
54.1
对比维度
非循环电子传递（主要路径）
循环电子传递（辅助路径）
场所
类囊体膜（需 PSⅠ、PSⅡ、电子传递体、ATP 合酶）
类囊体膜（仅需 PSⅠ、部分电子传递体、ATP 合酶）
光系统参与
PSⅠ（吸收 700nm 光）+ PSⅡ（吸收 680nm 光）
仅 PSⅠ（无 PSⅡ 参与）
电子供体
最终供体：H₂O（PSⅡ 分解水释放电子）
电子来自 PSⅠ 的反应中心（电子传递后循环回 PSⅠ）
电子受体
最终受体：NADP⁺（生成 NADPH）
无外源受体（电子循环，不生成 NADPH）
产物
O₂（水分解产生）、NADPH、ATP
仅 ATP（无 O₂、无 NADPH）
能量变化
光能→电能→化学能（储存在 NADPH 和 ATP 中）
光能→电能→化学能（仅储存在 ATP 中）
功能意义
为暗反应提供 “ATP（能量）+ NADPH（还原剂）”
当暗反应中 ATP 不足、NADPH 过量时，补充 ATP
关键标志
非循环电子传递
循环电子传递
1. 是否产生 O₂
是（水分解）
否
2. 是否产生 NADPH
是（NADP⁺还原）
否
3. 是否需要 PSⅡ
是
否
实验步骤的目的
简要操作过程
选择实验材料并分组
将生长状况一致的苹果幼苗栽于多个塑料盆，随机均分成甲、乙、丙三组
设置对照组
对甲组叶片每天定时喷洒适量① ：
设置探究BR功能的实验组
对乙组叶片每天定时喷洒等量BR溶液，对丙组叶片②
测定相关指标，减少叶片差异产生的实验误差
取若干健康成熟叶片置于相应溶液中在自然光下蒸腾过夜，24h后每组随机取6片叶片置于强光下处理3h，期间测定光合作用强度。实验组和对照组均要随机测定③
处理实验数据预期实验结果
若科研人员的推测是正确的，请根据图甲、丙两组曲线，预期乙组结果，并在答题纸相应位置绘制曲线④
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
100
167.0
425.1
281.3
实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量
100
106.7
471.1
109.6
相对含量
色素Ⅰ
色素Ⅱ
色素Ⅲ
色素Ⅳ
正常拟南芥
100
100
100
100
突变体拟南芥
99
102
5
3