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高考生物歸課本之新教材的查缺補漏-03光呼吸
專題3 光呼吸
光呼吸是所有進行光合作用的細胞在光照和高氧低二氧化碳情況下發生的一個生化過程。該過程以光合作用的中間產物為底物， 吸收氧、釋放二氧化碳。其生化途徑和在細胞中的發生部位也與一般呼吸(也稱暗呼吸)不同。
1、起因：在生物體的進化過程中產生了一種具有雙功能的酶，這個酶的名字叫做 RuBP 羧化/加氧酶（核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶），可以縮寫為 Rubisco。核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)就是卡爾文循環中的C5。二氧化碳和氧氣競爭性與 Rubisco 結合，當二氧化碳濃度高時，Rubisco 催化 RuBP 與二氧化碳形成兩分子 3－磷酸甘油酸(PGA)，就是卡爾文循環中的 C3；進行卡爾文循環；當氧氣濃度高時，Rubisco 催化 RuBP與氧氣形成1分子 PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中PGA進入卡爾文循環，而磷酸乙醇酸脫去磷酸基團形成乙醇酸，乙醇酸離開葉綠體，進行光呼吸。基本過程見下圖。
2、卡爾文循環和光呼吸的詳細過程：光合碳循環中催化 CO2固定的核酮糖－1,5－二磷酸羧化酶同時具有加氧酶的功能，催化 RuBP 的加氧反應，生成磷酸乙醇酸和 3－磷酸甘油酸(PGA)，磷酸乙醇酸被磷酸酯酶分解生成乙醇酸，后者在乙醇酸氧化酶催化下氧化成乙醛酸；乙醛酸經轉氨反應變為甘氨酸后，由兩分子甘氨酸生成絲氨酸、CO2和 NH3各一分子。這便是光呼吸的釋放 CO2的反應。絲氨酸以后轉變為羥基丙酮酸， 再被還原及磷酸化成為 PGA，后者又進入光合碳循環。
3、光呼吸的危害
如果在較強光下，光呼吸加強，使得 C5氧化分解加強， 一部分碳以CO2的形式散失，從而減少了光合產物的形成和積累。其次，光呼吸過程中消耗了 ATP 和 NADPH，即造成了能量的損耗。
4、光呼吸的意義
光呼吸和卡爾文循環是一種動態平衡，適當的光呼吸對植物體有一定積極意義，這也許是進化過程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意義如下：
（1）回收碳元素。就是2 分子的C2形成1 分子的C3和CO2，那 1 分子C3通過光呼吸過程又返回到卡爾文循環中，不至于全部流失掉。即通過光呼吸回收了 3/4 的碳元素。
（2）防止強光對葉綠體的破壞。強光時，由于光反應速率大于暗反應速率， 因此，葉肉細胞中會積累 ATP和NADPH，這些物質積累會產生自由基，尤其是超氧陰離子，這些自由基能損傷葉綠體，而強光下，光呼吸加強，會消耗光反應過程中積累的 ATP 和 NADPH，從而減輕對葉綠體的傷害。當然植物體還有很多避免強光下 損傷葉綠體的機制。光呼吸算是其中之一。
（3）消除乙醇酸對細胞的毒害。
1．Rubisco是光合作用暗反應中催化CO2與RuBP結合的酶。該酶同時具有催化O2與RuBP結合的活性。當CO2濃度相對較高時，該酶催化CO2與RuBP結合生成C3，并進一步完成卡爾文循環。當O2濃度相對較高時，該酶催化O2與RuBP結合生成C3和C2, C3進入卡爾文循環:C2最后在線粒體內生成CO2該過程稱為光呼吸?？栁难h和光呼吸的過程如圖所示。下列說法錯誤的是（ ）
A．卡爾文循環中，C3的還原需要消耗光反應產生的ATP和NADPH
B．CO2與RuBP結合的場所和O2與RuBP結合的場所不同
C．溫室栽培蔬菜時增施有機肥，既減少光呼吸對光合產物的損耗又增加土壤肥力
D．干旱脅迫容易導致植物光呼吸強度增加
2．Rubisco 酶是綠色植物光合作用過程中的關鍵酶，當CO2濃度較高時，該酶催化CO2與C5反應進行光合作用。當O2濃度較高時，該酶催化C5與O2反應，最后在線粒體內生成CO2，植物這種在光下吸收O2產生CO2的現象稱為光呼吸。下列敘述錯誤的是（　?。?br/>A．綠色植物進行光呼吸的場所有葉綠體基粒和線粒體
B．植物光呼吸的進行導致光合作用產生的有機物減少
C．Rubisco酶催化CO2和C5反應稱作三碳化合物的還原
D．光合作用的暗反應過程需要光反應提供NADPH和ATP
3．下圖所示為光合作用過程中部分物質的代謝關系（①～⑤表示代謝途徑）。Rubisco 是光合作用的關鍵酶之一，CO2 和O2競爭與其結合，分別催化C5的羧化與氧化。C5 羧化固定CO2 合成糖；C5氧化則產生乙醇酸（C2），C2 在過氧化物酶體和線粒體協同下，完成光呼吸碳氧化循環。據圖回答相關問題：
(1)利用___________方法，可以研究C 元素在圖示代謝中轉移途徑。圖示中，類囊體膜直接參與的代謝途徑有___________（從①～⑤中選填），在紅光照射條件下，參與這些途徑的主要色素是___________。在C2循環途徑中，乙醇酸進入過氧化物酶體被繼續氧化，同時生成了過氧化氫，過氧化氫再分解生成___________和H2O。
(2)正常進行光合作用的植物，突然停止光照，引起___________減少，導致暗反應減弱，
C5與O2結合增加，使細胞釋放的CO2___________（填“增加”或“減少”）。
(3)結合圖示分析，通過___________（填“提高”或“降低”）CO2 /O2 或者提高___________可以降低光呼吸作用。
1、基本概念
C4途徑是有一些植物對外界吸收的CO2的固定反應是在葉肉細胞的胞質溶膠中進行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下將CO2連接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上，形成四碳酸：草酰乙酸(OAA)，這種固定CO2的方式稱為C4途徑。C4植物每同化1分子CO2,需要消耗5分子ATP和2分子NADPH。
2、光合作用C4途徑產生的原因
因為C4植物中含有能固定CO2為C4的相關酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，簡稱為PEP羧化酶（與CO2有很強的親和力）?？纱偈筆EP把大氣中含量很低的CO2以C4的形式固定下來。C4植物這種獨特的作用，被形象的比喻成“二氧化碳泵”。
3、C3植物與C4植物葉片結構比較
C3植物葉片中維管束鞘細胞較小，其內不含葉綠體，其葉肉細胞內含有典型的葉綠體，即可進行光反應又可進行暗反應。
C4植物葉片有“花環形結構”的兩圈細胞，內層為維管束鞘細胞，含有葉綠體，只能進行暗反應。葉肉細胞中含典型葉綠體，能進行光反應，通過C4途徑固定CO2。
4、C4植物具有較高光合速率的因素
（1）C4植物的葉肉細胞中的PEP羧化酶（PEPC）對底物CO2溶解產物HCO3－的親和力極高，使細胞中有高濃度的CO2，從而促進暗反應，降低了光呼吸，且光呼吸釋放的CO2又易被再固定；
（2）高光強可產生更多的NADPH和ATP，以滿足C4植物C4循環對ATP的額外需求；
（3）鞘細胞中的光合產物可就近運入維管束，從而避免了光合產物累積對光合作用可能產生的抑制作用。
這些都使C4植物可以具有較高的光合速率。
4．研究發現，玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一樣具有卡爾文循環（固定CO2的初產物為C3，簡稱C3途徑）外，還有另一條固定CO2的途徑，固定CO2的初產物為C4，簡稱C4途徑，這種植物為C4植物，其固定CO2的途徑如下圖。研究發現，C4植物中PEP羧化酶對CO2的親和力約是Rubisco酶的60倍。下列有關敘述錯誤的是（ ）
A．圖中CO2進入葉肉細胞被固定的最初產物是草酰乙酸
B．高溫條件下，C4植物光合效率高的原因是氣孔不關閉
C．低濃度CO2條件下，C4植物可能比C3植物生長得好
D．蘋果酸的主要作用是將葉肉細胞中的CO2轉入維管束鞘細胞
5．玉米葉肉細胞中的葉綠體較小數目也少但葉綠體內有基粒；相鄰的維管束鞘細胞中葉綠體較大數目較多但葉綠體內沒有基粒。玉米細胞除C3途徑外還有另一條固定CO2的途徑，簡稱C4途徑如下圖。研究發現，C4植物中PEP羧化酶對CO2的親和力約是Rubisco酶的60倍。下列有關敘述錯誤的是（ ）
A．維管束鞘細胞中光合作用所利用的CO2都是C4分解釋放的
B．若葉肉細胞中光合作用速率大于細胞呼吸速率，植物的干重不一定增加
C．玉米的有機物是在維管束鞘細胞通過C3途徑合成的
D．干旱條件下C3途徑植物光合速率比C4途徑植物小
1. 光合作用CAM途徑基本定義
景天屬植物是一大類肉質植物，景天酸代謝(crassulacean acid metabolism，CAM)首先就是在這類植物中發現。景天屬植物夜間將吸收的CO2固定在蘋果酸（C4）中，白天蘋果酸分解釋放CO2參與光合作用。
2. 光合作用CAM途徑過程圖解
3、光合作用CAM途徑特點
（1）CAM途徑的形成，是與植物適應干旱地區有關。白天缺水，氣孔關閉，植物便利用前一個晚上固定的CO2進行光合作用。
（2）植物體在夜晚的有機酸含量十分高，而糖類含量下降；白天則相反，有機酸下降，而糖分增多。
（3）由于利用的CO2含量有限，CAM途徑光合作用強度較低，生物產量通常較低。
6．為了應對外界環境的變化，植物在長期的進化過程中逐漸形成了自己獨特的代謝過程。根據光合作用中的碳同化途徑的不同，可把植物分為C3植物、C4植物和CAM植物。C3植物為典型溫帶植物，如水稻、小麥；C4植物為典型熱帶或亞熱帶植物，如玉米、甘蔗；CAM植物（景天科植物）為典型干旱地區植物，如仙人掌。下圖1、2、3分別表示三類植物的光合作用的部分過程，請據圖回答下列問題：
(1)圖1中過程①進行的場所是細胞的____________，過程②需要光反應提供____________。C3植物在干旱、炎熱的環境中，光合作用強度明顯減弱的原因是____________。
(2)與C3植物相比，C4植物葉肉細胞中固定CO2的酶與CO2的親和力更強，使得C4植物能利用____________，因此，C4植物對干旱環境的適應能力強。
(3)CAM植物葉肉細胞液泡的pH夜晚比白要____________（填“高”或“低”）。CAM植物之所以適應干旱地區的環境變化，是因為CAM植物白天氣孔關閉進行卡爾文循環，其利用的CO2來源于____________；夜晚進行____________過程。
7．某些植物可通過特有的景天酸代謝（CAM）途徑固定CO2。在夜晚，葉片的氣孔開放，通過一系列反應將CO2固定成蘋果酸儲存在液泡中（甲）；在白天，葉片氣孔關閉，蘋果酸運出液泡后放出CO2，供葉綠體進行暗反應（乙）。下列關于CAM植物的敘述，錯誤的是（ ）
A．在白天，葉肉細胞能產生ATP的部位只有線粒體
B．該植物細胞在夜晚不能持續進行光合作用合成有機物
C．CAM途徑的出現，可能與植物適應干旱條件有關
D．若下午突然降低外界CO2濃度，C3的含量突然減少
8．綠色植物在進行光合作用時會同時伴隨發生一種消耗能量、吸收和釋放CO2的現象，被稱為光呼吸。下圖為光呼吸的關系示意圖。下列有關說法錯誤的是（　?。?br/>A．光呼吸吸收O2、釋放CO2的場所分別是葉綠體、線粒體
B．在光照條件下，若葉肉細胞中O2含量下降、CO2含量升高，會促進光呼吸
C．溫室栽培蔬菜時可通過增施有機肥減少光呼吸對光合產物的損耗
D．干旱高溫等逆境條件下，植物的光呼吸會增強
9．科學家通過實驗觀察到，正在進行光合作用的葉片突然停止光照后，短時間內會釋放出大量的CO2，這一現象被稱為“CO2的猝發”。研究表明植物除了細胞呼吸外還存在另一個釋放CO2的途徑——光呼吸。圖為適宜條件下某植物葉片遮光前CO2吸收速率和遮光后CO2釋放速率隨時間變化的曲線（單位：μmol·m-2·s-1），下列說法正確的是（ ）
A．突然遮光，短時間內葉綠體中C5的含量會上升
B．光照條件下該植物產生ATP的場所是葉綠體
C．若降低光照強度，則圖形A、B的面積均變小速率
D．該植物在光照條件下葉綠體固定CO2的速率為12μmol·m-2·s-1
10．景天酸代謝(CAM)途徑屬于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚氣孔開放，通過一系列反應將CO2固定于蘋果酸，并儲存在液泡中(甲)；白天氣孔關閉，蘋果酸運出液泡后放出CO2，供葉綠體的暗反應(乙)利用。下列關于這類植物的敘述錯誤的是（ ）
A．在夜晚，葉肉細胞能產生ATP的細胞器有線粒體和葉綠體
B．景天酸代謝途徑的出現，可能與植物適應干旱條件有關
C．給植物提供14C標記的14CO2,14C可以出現在OAA、蘋果酸、C3和有機物中
D．在上午某一時刻，突然降低外界的CO2濃度，葉肉細胞中C3的含量短時間內不變
11．光合作用的暗反應過程被稱為碳同化。植物在長期進化過程中逐漸形成了多種碳同化途徑，如圖1、圖2、圖3所示，請據圖回答下列問題：
(1)圖1中的①、②、③、④表示物質， A、B、C、D表示生理過程，則①和④分別表示_____，在A、B、C、D中，能產生ATP的過程有_____（填字母）。
(2)在C4植物中，PEP化酶對CO2的親和力約是Rubisco酶的60倍，在顯微鏡下觀察C4植物玉米的葉片發現，葉肉細胞包圍在維管束鞘細胞四周，形成花環狀結構，結合圖2推測，維管束鞘細胞中CO2濃度_____（填“高于”或“低于”）葉肉細胞中的CO2濃度。
(3)由圖3推測，CAM植物葉肉細胞液泡的pH夜晚比白天要_____（填“高”或“低”）。CAM植物白天氣孔關閉，用于光合作用的CO2來源于_____。
(4)由圖2和圖3可知，C4植物和CAM植物捕獲CO2和生成有機物的反應分別是在_____（填“時間”或“空間”）上分離，這兩種途徑都有利于植物適應環境。
12．小麥體內只有一條固定CO2的途經——卡爾文循環，也稱為C3途經；甘蔗除了具有C3途經外，還有另外一條途經，即C4途經。比較甘蔗和小麥的葉片結構發現，小麥的維管束鞘細胞不含葉綠體，光合作用的全過程在葉肉細胞葉綠體中完成。而甘蔗的葉肉細胞的葉綠體中基粒發達，維管束鞘細胞的葉綠體中無基粒。甘蔗細胞暗反應中CO2固定過程如下圖所示，能有效利用較低濃度的CO2。下列錯誤的是（ ）
A．干旱環境小麥光合作用速率比甘蔗大
B．甘蔗葉肉細胞不能通過卡爾文循環產生有機物
C．甘蔗、小麥光反應的場所發生在葉肉細胞中
D．甘蔗、小麥暗反應過程中CO2的受體不完全相同
13．黑藻固定CO2有兩條途徑（如圖）：①CO2在核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶（Rubisco）催化下直接與C5反應生成C3；②CO2先在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）催化下與磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）反應生成C4（四碳化合物），當C4儲存到一定量時分解放出CO2參與暗反應。已知PEPC對CO2親和力是Rubisco的幾十倍。
回答下列問題：
(1)由圖可知，丙酮酸轉化為PEP的過程屬于______（填“吸能”或“放能”）反應。黑藻細胞固定CO2的具體場所是______。C3的還原需要______提供能量。
(2)研究發現黑藻經低濃度CO2處理后，PEPC與Rubisco的活性比值由0.47上升到4.17，試分析發生這一變化的意義：______。黑藻具有這種生理特性是長期______的結果。
(3)為了探究在低濃度CO2處理下黑藻固定CO2途徑改變的分子機制，研究人員檢測了低濃度CO2處理前后黑藻體內兩種PEPC基因的表達情況，結果如圖所示。
由圖可知，在低濃度CO2處理下黑藻固定CO2途徑改變的分子機制是______。
14．光呼吸可使大豆、水稻和小麥等作物的光合效率降低20%至50%，造成產量損失。光呼吸是由于O2競爭性地結合到卡爾文循環關鍵酶Rubisco酶上，引起核酮糖1，5二磷酸(C5)加氧分解。下圖1表示葉肉細胞中有關代謝，其中①～④代表光呼吸過程。請據圖回答下列問題：
(1)在紅光照射條件下，參與途徑①的主要色素是__________；Rubisco酶主要分布在____中，催化CO2與C5結合，生成2分子C3，影響該反應的內部因素有_________(寫出兩個)。
(2)當環境中O2與CO2含量比值________(填“偏高”或“偏低”)時，葉片容易發生光呼吸。正常光合的葉片，突然停止光照后葉片會出現快速釋放CO2現象(CO2猝發)，試解釋這一現象產生的原因：___________。
(3)從能量代謝分析，光呼吸與有氧呼吸最大的區別是__________________。
(4)水稻、小麥屬于C3植物，而高粱、玉米屬于C4植物，其特有的C4途徑如圖2所示。根據圖中信息推測，PEP羧化酶比Rubisco酶對CO2的親和力________。葉肉細胞包圍在維管束鞘細胞四周，形成花環狀結構，根據此結構特點，進一步推測C4植物光呼吸比C3植物________。
(5)根據對光呼吸機理的研究，科研人員利用基因編輯手段設計了只在葉綠體中完成的光呼吸替代途徑AP(依然具有降解乙醇酸產生CO2的能力)。同時利用RNA干擾技術，降低葉綠體膜上乙醇酸轉運蛋白的表達量。檢測三種不同類型植株的光合速率，實驗結果如圖3所示。據此回答：當胞間CO2濃度較高時，三種類型植株中，AP＋RNA干擾型光合速率最高的原因可能是____________、___________，進而促進光合作用過程。高考生物歸課本之新教材的查缺補漏-03光呼吸
專題3 光呼吸
光呼吸是所有進行光合作用的細胞在光照和高氧低二氧化碳情況下發生的一個生化過程。該過程以光合作用的中間產物為底物， 吸收氧、釋放二氧化碳。其生化途徑和在細胞中的發生部位也與一般呼吸(也稱暗呼吸)不同。
1、起因：在生物體的進化過程中產生了一種具有雙功能的酶，這個酶的名字叫做 RuBP 羧化/加氧酶（核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶），可以縮寫為 Rubisco。核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)就是卡爾文循環中的C5。二氧化碳和氧氣競爭性與 Rubisco 結合，當二氧化碳濃度高時，Rubisco 催化 RuBP 與二氧化碳形成兩分子 3－磷酸甘油酸(PGA)，就是卡爾文循環中的 C3；進行卡爾文循環；當氧氣濃度高時，Rubisco 催化 RuBP與氧氣形成1分子 PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中PGA進入卡爾文循環，而磷酸乙醇酸脫去磷酸基團形成乙醇酸，乙醇酸離開葉綠體，進行光呼吸?；具^程見下圖。
2、卡爾文循環和光呼吸的詳細過程：光合碳循環中催化 CO2固定的核酮糖－1,5－二磷酸羧化酶同時具有加氧酶的功能，催化 RuBP 的加氧反應，生成磷酸乙醇酸和 3－磷酸甘油酸(PGA)，磷酸乙醇酸被磷酸酯酶分解生成乙醇酸，后者在乙醇酸氧化酶催化下氧化成乙醛酸；乙醛酸經轉氨反應變為甘氨酸后，由兩分子甘氨酸生成絲氨酸、CO2和 NH3各一分子。這便是光呼吸的釋放 CO2的反應。絲氨酸以后轉變為羥基丙酮酸， 再被還原及磷酸化成為 PGA，后者又進入光合碳循環。
3、光呼吸的危害
如果在較強光下，光呼吸加強，使得 C5氧化分解加強， 一部分碳以CO2的形式散失，從而減少了光合產物的形成和積累。其次，光呼吸過程中消耗了 ATP 和 NADPH，即造成了能量的損耗。
4、光呼吸的意義
光呼吸和卡爾文循環是一種動態平衡，適當的光呼吸對植物體有一定積極意義，這也許是進化過程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意義如下：
（1）回收碳元素。就是2 分子的C2形成1 分子的C3和CO2，那 1 分子C3通過光呼吸過程又返回到卡爾文循環中，不至于全部流失掉。即通過光呼吸回收了 3/4 的碳元素。
（2）防止強光對葉綠體的破壞。強光時，由于光反應速率大于暗反應速率， 因此，葉肉細胞中會積累 ATP和NADPH，這些物質積累會產生自由基，尤其是超氧陰離子，這些自由基能損傷葉綠體，而強光下，光呼吸加強，會消耗光反應過程中積累的 ATP 和 NADPH，從而減輕對葉綠體的傷害。當然植物體還有很多避免強光下 損傷葉綠體的機制。光呼吸算是其中之一。
（3）消除乙醇酸對細胞的毒害。
1．Rubisco是光合作用暗反應中催化CO2與RuBP結合的酶。該酶同時具有催化O2與RuBP結合的活性。當CO2濃度相對較高時，該酶催化CO2與RuBP結合生成C3，并進一步完成卡爾文循環。當O2濃度相對較高時，該酶催化O2與RuBP結合生成C3和C2, C3進入卡爾文循環:C2最后在線粒體內生成CO2該過程稱為光呼吸?？栁难h和光呼吸的過程如圖所示。下列說法錯誤的是（ ）
A．卡爾文循環中，C3的還原需要消耗光反應產生的ATP和NADPH
B．CO2與RuBP結合的場所和O2與RuBP結合的場所不同
C．溫室栽培蔬菜時增施有機肥，既減少光呼吸對光合產物的損耗又增加土壤肥力
D．干旱脅迫容易導致植物光呼吸強度增加
2．Rubisco 酶是綠色植物光合作用過程中的關鍵酶，當CO2濃度較高時，該酶催化CO2與C5反應進行光合作用。當O2濃度較高時，該酶催化C5與O2反應，最后在線粒體內生成CO2，植物這種在光下吸收O2產生CO2的現象稱為光呼吸。下列敘述錯誤的是（　　）
A．綠色植物進行光呼吸的場所有葉綠體基粒和線粒體
B．植物光呼吸的進行導致光合作用產生的有機物減少
C．Rubisco酶催化CO2和C5反應稱作三碳化合物的還原
D．光合作用的暗反應過程需要光反應提供NADPH和ATP
3．下圖所示為光合作用過程中部分物質的代謝關系（①～⑤表示代謝途徑）。Rubisco 是光合作用的關鍵酶之一，CO2 和O2競爭與其結合，分別催化C5的羧化與氧化。C5 羧化固定CO2 合成糖；C5氧化則產生乙醇酸（C2），C2 在過氧化物酶體和線粒體協同下，完成光呼吸碳氧化循環。據圖回答相關問題：
(1)利用___________方法，可以研究C 元素在圖示代謝中轉移途徑。圖示中，類囊體膜直接參與的代謝途徑有___________（從①～⑤中選填），在紅光照射條件下，參與這些途徑的主要色素是___________。在C2循環途徑中，乙醇酸進入過氧化物酶體被繼續氧化，同時生成了過氧化氫，過氧化氫再分解生成___________和H2O。
(2)正常進行光合作用的植物，突然停止光照，引起___________減少，導致暗反應減弱，
C5與O2結合增加，使細胞釋放的CO2___________（填“增加”或“減少”）。
(3)結合圖示分析，通過___________（填“提高”或“降低”）CO2 /O2 或者提高___________可以降低光呼吸作用。
1、基本概念
C4途徑是有一些植物對外界吸收的CO2的固定反應是在葉肉細胞的胞質溶膠中進行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下將CO2連接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上，形成四碳酸：草酰乙酸(OAA)，這種固定CO2的方式稱為C4途徑。C4植物每同化1分子CO2,需要消耗5分子ATP和2分子NADPH。
2、光合作用C4途徑產生的原因
因為C4植物中含有能固定CO2為C4的相關酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，簡稱為PEP羧化酶（與CO2有很強的親和力）?？纱偈筆EP把大氣中含量很低的CO2以C4的形式固定下來。C4植物這種獨特的作用，被形象的比喻成“二氧化碳泵”。
3、C3植物與C4植物葉片結構比較
C3植物葉片中維管束鞘細胞較小，其內不含葉綠體，其葉肉細胞內含有典型的葉綠體，即可進行光反應又可進行暗反應。
C4植物葉片有“花環形結構”的兩圈細胞，內層為維管束鞘細胞，含有葉綠體，只能進行暗反應。葉肉細胞中含典型葉綠體，能進行光反應，通過C4途徑固定CO2。
4、C4植物具有較高光合速率的因素
（1）C4植物的葉肉細胞中的PEP羧化酶（PEPC）對底物CO2溶解產物HCO3－的親和力極高，使細胞中有高濃度的CO2，從而促進暗反應，降低了光呼吸，且光呼吸釋放的CO2又易被再固定；
（2）高光強可產生更多的NADPH和ATP，以滿足C4植物C4循環對ATP的額外需求；
（3）鞘細胞中的光合產物可就近運入維管束，從而避免了光合產物累積對光合作用可能產生的抑制作用。
這些都使C4植物可以具有較高的光合速率。
4．研究發現，玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一樣具有卡爾文循環（固定CO2的初產物為C3，簡稱C3途徑）外，還有另一條固定CO2的途徑，固定CO2的初產物為C4，簡稱C4途徑，這種植物為C4植物，其固定CO2的途徑如下圖。研究發現，C4植物中PEP羧化酶對CO2的親和力約是Rubisco酶的60倍。下列有關敘述錯誤的是（ ）
A．圖中CO2進入葉肉細胞被固定的最初產物是草酰乙酸
B．高溫條件下，C4植物光合效率高的原因是氣孔不關閉
C．低濃度CO2條件下，C4植物可能比C3植物生長得好
D．蘋果酸的主要作用是將葉肉細胞中的CO2轉入維管束鞘細胞
5．玉米葉肉細胞中的葉綠體較小數目也少但葉綠體內有基粒；相鄰的維管束鞘細胞中葉綠體較大數目較多但葉綠體內沒有基粒。玉米細胞除C3途徑外還有另一條固定CO2的途徑，簡稱C4途徑如下圖。研究發現，C4植物中PEP羧化酶對CO2的親和力約是Rubisco酶的60倍。下列有關敘述錯誤的是（ ）
A．維管束鞘細胞中光合作用所利用的CO2都是C4分解釋放的
B．若葉肉細胞中光合作用速率大于細胞呼吸速率，植物的干重不一定增加
C．玉米的有機物是在維管束鞘細胞通過C3途徑合成的
D．干旱條件下C3途徑植物光合速率比C4途徑植物小
1. 光合作用CAM途徑基本定義
景天屬植物是一大類肉質植物，景天酸代謝(crassulacean acid metabolism，CAM)首先就是在這類植物中發現。景天屬植物夜間將吸收的CO2固定在蘋果酸（C4）中，白天蘋果酸分解釋放CO2參與光合作用。
2. 光合作用CAM途徑過程圖解
3、光合作用CAM途徑特點
（1）CAM途徑的形成，是與植物適應干旱地區有關。白天缺水，氣孔關閉，植物便利用前一個晚上固定的CO2進行光合作用。
（2）植物體在夜晚的有機酸含量十分高，而糖類含量下降；白天則相反，有機酸下降，而糖分增多。
（3）由于利用的CO2含量有限，CAM途徑光合作用強度較低，生物產量通常較低。
6．為了應對外界環境的變化，植物在長期的進化過程中逐漸形成了自己獨特的代謝過程。根據光合作用中的碳同化途徑的不同，可把植物分為C3植物、C4植物和CAM植物。C3植物為典型溫帶植物，如水稻、小麥；C4植物為典型熱帶或亞熱帶植物，如玉米、甘蔗；CAM植物（景天科植物）為典型干旱地區植物，如仙人掌。下圖1、2、3分別表示三類植物的光合作用的部分過程，請據圖回答下列問題：
(1)圖1中過程①進行的場所是細胞的____________，過程②需要光反應提供____________。C3植物在干旱、炎熱的環境中，光合作用強度明顯減弱的原因是____________。
(2)與C3植物相比，C4植物葉肉細胞中固定CO2的酶與CO2的親和力更強，使得C4植物能利用____________，因此，C4植物對干旱環境的適應能力強。
(3)CAM植物葉肉細胞液泡的pH夜晚比白要____________（填“高”或“低”）。CAM植物之所以適應干旱地區的環境變化，是因為CAM植物白天氣孔關閉進行卡爾文循環，其利用的CO2來源于____________；夜晚進行____________過程。
7．某些植物可通過特有的景天酸代謝（CAM）途徑固定CO2。在夜晚，葉片的氣孔開放，通過一系列反應將CO2固定成蘋果酸儲存在液泡中（甲）；在白天，葉片氣孔關閉，蘋果酸運出液泡后放出CO2，供葉綠體進行暗反應（乙）。下列關于CAM植物的敘述，錯誤的是（ ）
A．在白天，葉肉細胞能產生ATP的部位只有線粒體
B．該植物細胞在夜晚不能持續進行光合作用合成有機物
C．CAM途徑的出現，可能與植物適應干旱條件有關
D．若下午突然降低外界CO2濃度，C3的含量突然減少
8．綠色植物在進行光合作用時會同時伴隨發生一種消耗能量、吸收和釋放CO2的現象，被稱為光呼吸。下圖為光呼吸的關系示意圖。下列有關說法錯誤的是（　?。?br/>A．光呼吸吸收O2、釋放CO2的場所分別是葉綠體、線粒體
B．在光照條件下，若葉肉細胞中O2含量下降、CO2含量升高，會促進光呼吸
C．溫室栽培蔬菜時可通過增施有機肥減少光呼吸對光合產物的損耗
D．干旱高溫等逆境條件下，植物的光呼吸會增強
9．科學家通過實驗觀察到，正在進行光合作用的葉片突然停止光照后，短時間內會釋放出大量的CO2，這一現象被稱為“CO2的猝發”。研究表明植物除了細胞呼吸外還存在另一個釋放CO2的途徑——光呼吸。圖為適宜條件下某植物葉片遮光前CO2吸收速率和遮光后CO2釋放速率隨時間變化的曲線（單位：μmol·m-2·s-1），下列說法正確的是（ ）
A．突然遮光，短時間內葉綠體中C5的含量會上升
B．光照條件下該植物產生ATP的場所是葉綠體
C．若降低光照強度，則圖形A、B的面積均變小速率
D．該植物在光照條件下葉綠體固定CO2的速率為12μmol·m-2·s-1
10．景天酸代謝(CAM)途徑屬于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚氣孔開放，通過一系列反應將CO2固定于蘋果酸，并儲存在液泡中(甲)；白天氣孔關閉，蘋果酸運出液泡后放出CO2，供葉綠體的暗反應(乙)利用。下列關于這類植物的敘述錯誤的是（ ）
A．在夜晚，葉肉細胞能產生ATP的細胞器有線粒體和葉綠體
B．景天酸代謝途徑的出現，可能與植物適應干旱條件有關
C．給植物提供14C標記的14CO2,14C可以出現在OAA、蘋果酸、C3和有機物中
D．在上午某一時刻，突然降低外界的CO2濃度，葉肉細胞中C3的含量短時間內不變
11．光合作用的暗反應過程被稱為碳同化。植物在長期進化過程中逐漸形成了多種碳同化途徑，如圖1、圖2、圖3所示，請據圖回答下列問題：
(1)圖1中的①、②、③、④表示物質， A、B、C、D表示生理過程，則①和④分別表示_____，在A、B、C、D中，能產生ATP的過程有_____（填字母）。
(2)在C4植物中，PEP化酶對CO2的親和力約是Rubisco酶的60倍，在顯微鏡下觀察C4植物玉米的葉片發現，葉肉細胞包圍在維管束鞘細胞四周，形成花環狀結構，結合圖2推測，維管束鞘細胞中CO2濃度_____（填“高于”或“低于”）葉肉細胞中的CO2濃度。
(3)由圖3推測，CAM植物葉肉細胞液泡的pH夜晚比白天要_____（填“高”或“低”）。CAM植物白天氣孔關閉，用于光合作用的CO2來源于_____。
(4)由圖2和圖3可知，C4植物和CAM植物捕獲CO2和生成有機物的反應分別是在_____（填“時間”或“空間”）上分離，這兩種途徑都有利于植物適應環境。
12．小麥體內只有一條固定CO2的途經——卡爾文循環，也稱為C3途經；甘蔗除了具有C3途經外，還有另外一條途經，即C4途經。比較甘蔗和小麥的葉片結構發現，小麥的維管束鞘細胞不含葉綠體，光合作用的全過程在葉肉細胞葉綠體中完成。而甘蔗的葉肉細胞的葉綠體中基粒發達，維管束鞘細胞的葉綠體中無基粒。甘蔗細胞暗反應中CO2固定過程如下圖所示，能有效利用較低濃度的CO2。下列錯誤的是（ ）
A．干旱環境小麥光合作用速率比甘蔗大
B．甘蔗葉肉細胞不能通過卡爾文循環產生有機物
C．甘蔗、小麥光反應的場所發生在葉肉細胞中
D．甘蔗、小麥暗反應過程中CO2的受體不完全相同
13．黑藻固定CO2有兩條途徑（如圖）：①CO2在核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶（Rubisco）催化下直接與C5反應生成C3；②CO2先在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）催化下與磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）反應生成C4（四碳化合物），當C4儲存到一定量時分解放出CO2參與暗反應。已知PEPC對CO2親和力是Rubisco的幾十倍。
回答下列問題：
(1)由圖可知，丙酮酸轉化為PEP的過程屬于______（填“吸能”或“放能”）反應。黑藻細胞固定CO2的具體場所是______。C3的還原需要______提供能量。
(2)研究發現黑藻經低濃度CO2處理后，PEPC與Rubisco的活性比值由0.47上升到4.17，試分析發生這一變化的意義：______。黑藻具有這種生理特性是長期______的結果。
(3)為了探究在低濃度CO2處理下黑藻固定CO2途徑改變的分子機制，研究人員檢測了低濃度CO2處理前后黑藻體內兩種PEPC基因的表達情況，結果如圖所示。
由圖可知，在低濃度CO2處理下黑藻固定CO2途徑改變的分子機制是______。
14．光呼吸可使大豆、水稻和小麥等作物的光合效率降低20%至50%，造成產量損失。光呼吸是由于O2競爭性地結合到卡爾文循環關鍵酶Rubisco酶上，引起核酮糖1，5二磷酸(C5)加氧分解。下圖1表示葉肉細胞中有關代謝，其中①～④代表光呼吸過程。請據圖回答下列問題：
(1)在紅光照射條件下，參與途徑①的主要色素是__________；Rubisco酶主要分布在____中，催化CO2與C5結合，生成2分子C3，影響該反應的內部因素有_________(寫出兩個)。
(2)當環境中O2與CO2含量比值________(填“偏高”或“偏低”)時，葉片容易發生光呼吸。正常光合的葉片，突然停止光照后葉片會出現快速釋放CO2現象(CO2猝發)，試解釋這一現象產生的原因：___________。
(3)從能量代謝分析，光呼吸與有氧呼吸最大的區別是__________________。
(4)水稻、小麥屬于C3植物，而高粱、玉米屬于C4植物，其特有的C4途徑如圖2所示。根據圖中信息推測，PEP羧化酶比Rubisco酶對CO2的親和力________。葉肉細胞包圍在維管束鞘細胞四周，形成花環狀結構，根據此結構特點，進一步推測C4植物光呼吸比C3植物________。
(5)根據對光呼吸機理的研究，科研人員利用基因編輯手段設計了只在葉綠體中完成的光呼吸替代途徑AP(依然具有降解乙醇酸產生CO2的能力)。同時利用RNA干擾技術，降低葉綠體膜上乙醇酸轉運蛋白的表達量。檢測三種不同類型植株的光合速率，實驗結果如圖3所示。據此回答：當胞間CO2濃度較高時，三種類型植株中，AP＋RNA干擾型光合速率最高的原因可能是____________、___________，進而促進光合作用過程。
參考答案：
1．B
【分析】由題干信息可知，植物在光下會進行一種區別于光合作用和呼吸作用的生理作用，即光呼吸作用，該作用在光下吸收O2產生CO2，該現象與植物的Rubisco酶有關，它催化五碳化合物反應取決于CO2和O2的濃度，當CO2的濃度較高時，會進行光合作用的暗反應階段，當O2的濃度較高時，會產生三碳化合物進入線粒體中進行光呼吸。
【詳解】A、卡爾文循環中，C3的還原需要能量和還原劑，故需要消耗光反應產生的ATP和NADPH，A正確；
B、催化RuBP與CO2結合與催化RuBP與O2結合的是同一種酶(Rubisco)，說明CO2與RuBP結合的場所和O2與RuBP結合的場所相同，均在葉綠體基質，B錯誤；
C、在有光條件下，若葉肉細胞中O2含量下降，CO2含量升高，會抑制光呼吸過程，因此溫室栽培蔬菜時可通過增施有機肥措施，微生物分解有機物時消耗O2，產生CO2和無機鹽，既減少光呼吸對光合產物的損耗又增土壤的肥力，C正確；
D、由于干旱時，溫度很高，蒸騰作用很強，氣孔大量關閉，導致CO2濃度降低，Rubisco更易于與O2結合，導致光呼吸增強，D正確。
故選B。
2．AC
【分析】 光合作用的過程及場所：光反應發生在類囊體薄膜中，主要包括水的光解和ATP的合成兩個過程；暗反應發生在葉綠體基質中，主要包括CO2的固定和C3的還原兩個過程。
【詳解】A、光呼吸是植物在當O2濃度較高時，Rubisco酶催化C5與O2反應，最后在線粒體內生成CO2的過程，涉及到的場所有葉綠體基質和線粒體，A錯誤；
B、植物光呼吸的進行利用了C5，影響CO2的固定，導致光合作用產生的有機物減少，B正確；
C、Rbisco酶催化CO2和C5反應稱作二氧化碳的固定，C錯誤；
D、光合作用的暗反應過程需要光反應提供NADPH和ATP參與C3的還原，D正確。
故選AC。
3．(1) 同位素標記 ③ 葉綠素 O2
(2) ATP和NADPH 增加
(3) 提高 Rubisco與CO2的親和力
【分析】分析題圖：①表示O2與C5反應產生乙醇酸（C2）；②表示CO2和C5反應生成C3；③表示H+與NADP+結合生成NADPH；④表示C2在過氧化物酶體和線粒體協同下，完成光呼吸碳氧化循環；⑤表示C3的還原。
【詳解】（1）可以用同位素標記法研究碳元素的轉移途徑。在光合作用過程中，類囊體膜上發生的是光反應，水被分解成氧氣并生成NADPH，同時伴隨著ATP的生成，故可以發生③過程（H+與NADP+結合生成NADPH）。在光合色素中，葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，在紅光照射條件下，參與代謝途徑的主要色素是葉綠素（葉綠素a和葉綠素b）。在C2循環途徑中，乙醇酸進入過氧化物酶體被繼續氧化，并生成過氧化氫，過氧化氫會被過氧化物酶體中的過氧化氫酶催化為水和氧氣。
（2）對正常進行光合作用的植物突然停止光照，則光反應為暗反應提供的ATP和[H]減少，導致暗反應減弱；
C5與O2結合增加，在過氧化物酶體和線粒體協同下，生成的CO2增加。
（3）當CO2的含量較高，O2含量較低時，C5與CO2結合較多，與O2結合較少，可以降低光呼吸作用，另外，還可以通過提高Rubisco與CO2的親和力，從而降低光呼吸作用。
4．B
【分析】光合作用包括光反應階段和暗反應階段，光反應在類囊體薄膜上進行，暗反應在葉綠體基質中進行。
【詳解】A、圖中CO2進入葉肉細胞后，與磷酸烯醇式丙酮酸結合，生成草酰乙酸，A正確；
B、高溫條件下，C4植物光合效率高的原因是C4植物中PEP羧化酶對CO2的親和力遠大于Rubisco酶，故C4植物能夠利用較低濃度的CO2進行光合作用，B錯誤；
C、低濃度CO2條件下，C4植物能夠利用低濃度的CO2進行光合作用，C3植物則不能，因此C4植物可能比C3植物生長得好，C正確；
D、由圖可知，蘋果酸的主要作用是將葉肉細胞中的CO2轉入維管束鞘細胞，D正確。
故選B。
5．A
【分析】玉米存在C3和C4兩個途徑，夏季正午時會因氣孔關閉，CO2吸收減少，但C4途徑中的PEP羧化酶對CO2的親和力很高，CO2通過C4途徑進入C3途徑，固定形成C3，C3被還原形成糖類物質。
【詳解】A、在玉米的維管束鞘細胞中光合作用所利用的CO2來源有C4分解釋放的和細胞呼吸產生的，A錯誤
B、若葉肉細胞中光合作用速率大于細胞呼吸速率，但對于整個植株來說，還有部分不能進行光合作用的細胞也要通過呼吸作用消耗有機物，故植物的干重不一定增加，B正確；
C、玉米的維管束鞘細胞能進行光合作用暗反應，故玉米的有機物是在維管束鞘細胞通過C3途徑合成的，C正確；
D、在干旱條件下，植物葉片中的氣孔部分關閉，導致植物吸收的CO2減小，相比于C3途徑，C4途徑中的PEP羧化酶對CO2的親和力很高，C4進入維管束鞘細胞的葉綠體中分解產生CO2，故C3途徑植物光合速率比C4途徑植物小，D正確。
故選A。
6．(1) 葉綠體基質 NADPH和ATP 干旱炎熱的環境中，植物為了減少蒸騰作用，氣孔大量關閉，造成CO2進入葉片組織大幅減少，導致光合作用強度明顯減弱
(2)更低濃度的CO2
(3) 低 蘋果酸分解和細胞呼吸 CO2的固定
【分析】圖1：①是二氧化碳的固定，②是三碳化合物的還原。
圖2：C4植物是在葉肉細胞的細胞質基質和維管束鞘細胞的葉綠體中進行CO2的固定的，C4植物是在不同細胞中進行CO2的固定。
圖3：CAM植物是晚上在葉肉細胞的細胞質基質進行CO2固定，白天在葉肉細胞葉綠體中進行CO2固定的，所以CAM植物是在不同時間進行CO2固定。
【詳解】（1）圖1中過程①表示二氧化碳的固定，其進行的場所是細胞的葉綠體基質，過程②表示三碳化合物的還原，此過程需要光反應提供NADPH 和 ATP。C3植物在干旱、炎熱的環境中，因為植物為了防止蒸騰作用散失大量水分，所以氣孔大量關閉，故而影響了二氧化碳的吸收，導致光合作用強度明顯減弱。
（2）與C3植物相比，C4植物葉肉細胞中固定CO2的酶與CO2的親和力更強，故C4可以利用低濃度的二氧化碳，使得C4植物對干旱環境的適應能力強。
（3）CAM植物在夜晚要儲存二氧化碳到液泡，故pH夜晚比白天要低，CAM植物白天氣孔關閉，由圖可知，卡爾文循環利用的CO2來源于蘋果酸分解和細胞呼吸。因為生活在干旱炎熱的環境中，為應對外界環境，CAM植物白天關閉氣孔可降低蒸騰作用以減少水分的散失，夜晚進行CO2的固定過程。
7．AD
【分析】光合作用，通常是指綠色植物（包括藻類）吸收光能，把二氧化碳和水合成有機物，同時釋放氧氣的過程。光合作用分為光反應階段和暗反應階段。光反應階段的特征是在光驅動下生成氧氣、ATP和NADPH的過程。暗反應階段是利用光反應生成NADPH和ATP使氣體二氧化碳還原為糖。由于這階段基本上不直接依賴于光，而只是依賴于NADPH和ATP的提供，故稱為暗反應階段。
【詳解】A、在白天，葉肉細胞能進行光合作用和呼吸作用，故能產生ATP的部位是葉綠體、線粒體和細胞質基質，A錯誤；
B、夜晚沒有光照，光反應不能進行，無法為暗反應提供ATP和NADPH，故在夜晚不能持續進行光合作用合成有機物，B正確；
C、CAM途徑的出現，能夠適應干旱環境，干旱條件下氣溫較高，氣孔開放程度較低，因此白天能從外界吸收的CO2不多，C正確；
D、CAM植物在白天氣孔關閉，突然降低外界CO2濃度，不會影響細胞間CO2濃度，C3的含量不會突然減少，D錯誤。
故選AD。
8．B
【分析】由圖可知，光呼吸和光合作用的安放映都利用C5作為原料，但光合作用的暗反應階段通過C3的還原生成糖類和C5，實現了C5的再生，而光呼吸將C5徹底氧化分解生成CO2.
【詳解】A、由圖可知，光呼吸吸收O2、釋放CO2的場所分別是葉綠體、線粒體，A正確；
B、在光照條件下，若葉肉細胞中O2含量下降、CO2含量升高，會抑制光呼吸過程，B錯誤；
C、溫室栽培蔬菜時可通過增施有機肥，既減少光呼吸對光合產物的損耗并增強土壤的肥力，C正確；
D、由于干旱高溫時，蒸騰作用很強，氣孔大量關閉，導致CO2濃度降低，C5更易于與O2結合，導致光呼吸增強，D正確。
故選B。
9．D
【分析】圖像反映了遮光前后植物吸收或釋放CO2速率變化，在遮光后短時間內CO2釋放速率明顯超過細胞在同等條件下細胞呼吸作用釋放CO2速率。從圖形可看出當遮光一段時間后CO2釋放速率達到穩定，由于遮光后植物沒有光合作用只有呼吸作用，所以B值就應代表該植物呼吸作用釋放二氧化碳速率，B+C是代表在遮光短時間內釋放CO2速率最大值，因此C代表遮光后短時間內除呼吸作用釋放二氧化碳外其他途徑釋放二氧化碳速率。
【詳解】A、當突然遮光，光照強度降低，光反應減弱，光反應產生的NADPH和ATP減少，C3的還原減弱，C5的生成減少，而CO2的固定依舊在進行，C5的消耗暫時不變，故C5減少，A錯誤；
B、光照條件下，植物既進行光合作用，也進行呼吸作用，因此葉綠體和線粒體都會產生ATP，B錯誤；
C、由于遮光后植物沒有光合作用只有呼吸作用所以B值就應代表該植物呼吸作用釋放二氧化碳速率，若C代表遮光后短時間內除呼吸作用釋放二氧化碳外其他途徑釋放二氧化碳速率，降低光照強度，光合作用降低，圖形A面積變小，圖形B代表的是呼吸作用，其面積不會變小，C錯誤；
D、據題可知，該植物光呼吸速率為5-3＝2μmol·m-2·s-1，該植物在光照下葉綠體固定CO2的速率為7+3+2=12μmol·m-2·s-1，D正確。
故選D。
10．A
【分析】植物在光照條件下進行光合作用，光合作用分為光反應階段和暗反應階段，光反應階段在葉綠體的類囊體薄膜上進行水的光解，產生ATP和NADPH，同時釋放氧氣，ATP和NADPH用于暗反應階段三碳化合物的還原，細胞的呼吸作用不受光照的限制，有光無光都可以進行，為細胞的各項生命活動提供能量。
【詳解】A、在夜晚，葉肉細胞只能通過細胞呼吸產生ATP，即產生ATP的細胞器是線粒體，A錯誤；
B、具有景天酸代謝途徑的植物，氣孔白天關閉，可以減少蒸騰作用，夜晚氣孔張開吸收二氧化碳，可以適應干旱的環境條件，B正確；
C、具有景天酸代謝途徑的植物，晚上氣孔開放，14CO2進入細胞后在細胞質基質中與PEP結合生成OAA，然后再轉化為蘋果酸而被固定。白天蘋果酸運出液泡后放出14CO2，14CO2首先與五碳化合物結合生成三碳化合物，隨后三碳化合物被還原生成有機物，即14C可以出現在OAA、蘋果酸、C3和有機物中，C正確；
D、由于該植物白天氣孔關閉，所以在上午某一時刻，突然降低外界的CO2濃度，對于該葉肉細胞來說，其暗反應不受影響，即C3的含量不受影響，短時間內不變，D正確。
故選A。
11．(1) O2、C5 ACD
(2)高于
(3) 低 液泡中的蘋果酸經脫羧作用釋放C02
(4)空間、時間
【分析】圖1是光合作用和有氧呼吸過程示意圖，其中A、B、C、D分別表示光合作用的光反應階段、光合作用暗反應階段、有氧呼吸第一階段、有氧呼吸二三階段。
C4植物是在葉肉細胞的細胞質基質和維管束鞘細胞的葉綠體中進行CO2的固定的，C4植物是在不同細胞中進行CO2的固定，而CAM植物是晚上在葉肉細胞的細胞質基質進行CO2固定，白天在葉肉細胞葉綠體中進行CO2固定的，所以CAM植物是在不同時間進行CO2固定。
【詳解】（1）由圖1分析可知，①是水光解產生的O2，④是參與CO2固定的C5。C過程是有氧呼吸第一階段，發生在細胞質基質中。D表示的過程是有氧呼吸二三階段。合成ATP的過程有A光反應階段，C有氧呼吸第一階段和D有氧呼吸二、三階段。
（2）PEP化酶對CO2的親和力約是Rubisco酶的60倍，結合圖2推測，維管束鞘細胞中CO2濃度（消耗較慢）高于葉肉細胞中的CO2濃度。
（3）CAM植物在晚上氣孔張開，吸收二氧化碳變成蘋果酸，蘋果酸進入液泡儲存起來，白天蘋果酸分解釋放出二氧化碳用于卡爾文循環，因此CAM植物葉肉細胞液泡的pH夜晚比白天要“低”。根據圖3顯示，CAM植物白天進行光合作用所需CO2的來源有液泡中的蘋果酸經脫羧作用釋放CO2和細胞的呼吸作用產生。
（4）C4植物捕獲和固定CO2的反應在空間上分離（在葉肉細胞和維管束鞘細胞中分別進行CO2的捕獲和固定）CAM植物捕獲和固定CO2的反應在時間上分離（晚上捕獲，白天固定）。
12．A
【分析】根據題干信息和圖形分析：在甘蔗葉肉細胞中PEP（C3）將CO2固定成C4（草酰乙酸），C4的進一步反應產物可轉運到甘蔗的維管束鞘細胞中去釋放出CO2，同時產生C3（丙酮酸），丙酮酸進入葉肉細胞的葉綠體進一步反應生成PEP；而釋放出的CO2又可與RuBP（核酮糖二磷酸）結合進生成C3。
【詳解】A、小麥體內只有一條固定 CO2的途經，即卡爾文循環；甘蔗除了具有C3途經外，還有C4途經，能有效利用較低濃度的 CO2，因此在干旱環境中，小麥葉片氣孔關閉，吸收CO2較少，小麥光合作用速率比甘蔗小，A錯誤；
B、由圖可知：甘蔗有機物的生成是在維管束鞘細胞中經過卡爾文循環合成的，而葉肉細胞只進行C4途徑，不形成有機物，故甘蔗葉肉細胞不能通過卡爾文循環產生有機物，B正確；
C、甘蔗的葉肉細胞的葉綠體中基粒發達，維管束鞘細胞的葉綠體中無基粒；小麥光合作用的全過程在葉肉細胞葉綠體中完成，故甘蔗、小麥光反應的場所都發生在葉肉細胞中，C正確；
D、由圖可知，甘蔗暗反應過程中CO2的可以與PEP結合生成C4，也可與RUBP結合生成C3，故碳同化過程中CO2的受體是PEP和RUBP，小麥暗反應過程中 CO2的受體是RUBP，故兩個過程中CO2的受體不完全相同，D正確。
故選A。
13．(1) 吸能 細胞質基質、葉綠體基質 NADPH和ATP
(2) 低濃度CO2處理后，PEPC的活性提高，改變了黑藻固定CO2的途徑，有利于黑藻細胞在低濃度CO2條件下，增強固定CO2的能力，以提高光合作用強度 進化
(3)低濃度CO2處理誘導PEPC2基因表達增強，使PEPC2基因的表達相對含量增加，導致PEPC活性提高，引起固定CO2的能力增強
【分析】光合作用分為光反應階段和暗反應階段：
1、光反應階段（場所是葉綠體的類囊體膜上）：水的光解產生[H]與氧氣，以及ATP的形成；
2、光合作用的暗反應階段（場所是葉綠體的基質中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反應提供的ATP和[H]的作用下還原生成糖類等有機物。
【詳解】（1）結合圖示可知，丙酮酸轉化為PEP的過程伴隨著ATP的水解，故該過程屬于吸能反應；黑藻細胞可以在細胞質基質中利用低濃度的CO2固定為C4，在葉綠體基質中利用高濃度的CO2與C5生成C3；C3的還原過程需要光反應產生的NADPH和ATP提供能量。
（2）研究發現黑藻經低濃度CO2處理后，PEPC與Rubisco的活性比值由0.47上升到4.17，結合題圖可知，經低濃度CO2處理后，PEPC的活性提高，改變了黑藻固定CO2的途徑，有利于黑藻細胞在低濃度CO2條件下增強固定CO2的能力，以提高光合作用強度；黑藻具有這種生理特性是長期進化的結果。
（3）“探究在低濃度CO2處理下黑藻固定CO2途徑改變的分子機制”，分析實驗結果圖示可知，在低濃度CO2處理下，PEPC1基因表達的相對含量稍有下降，而PEPC2基因表達的相對含量明顯增加，推測是由于低濃度CO2處理誘導PEPC2基因表達增強，使PEPC2基因的表達相對含量增加，導致PEPC活性提高，引起固定CO2的能力增強。
14．(1) 葉綠素 葉綠體基質 Rubisco酶活性、Rubisco酶含量、C5含量、pH等
(2) 偏高 葉綠體基質中剩余的C5加氧分解產生CO2
(3)光呼吸消耗ATP，有氧呼吸產生ATP
(4) 更強/更高 低(或弱)
(5) 乙醇酸轉運蛋白減少，葉綠體內乙醇酸濃度高 AP途徑能夠更快速高效地降解乙醇酸產生CO2
【分析】據圖1可知，光呼吸過程O2競爭性地結合到卡爾文循環關鍵酶Rubisco上，引起核酮糖-1，5二磷酸（C5）加氧分解，2-磷酸甘油酸，再轉變成乙醇酸，乙醇酸被氧化，形成二氧化碳再釋放出去，這是一個相當復雜的過程，這一系列反應是在三種細胞器中完成的，它們分別是葉綠體、過氧化物體以及線粒體。
【詳解】（1）葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，在紅光照射條件下，參與途徑①水光解過程的主要色素是葉綠素，Rubisco酶參與暗反應階段（卡爾文循環），故Rubisco酶主要分布在葉綠體基質中，影響暗反應階段（卡爾文循環）內部因素有Rubisco酶活性、Rubisco酶含量、C5含量、pH等。
（2）環境中O2與CO2含量比值會影響光呼吸過程，當環境中O2與CO2含量比值偏高時，O2競爭性地結合到卡爾文循環關鍵酶Rubisco上，葉片容易發生光呼吸。突然停止光照后，光反應過程停止，C3還原受阻，葉綠體基質中剩余的C5加氧分解產生CO2，葉片會出現快速釋放CO2現象。
（3）光呼吸與有氧呼吸最大的區別是光呼吸需要消耗ATP，有氧呼吸能產生ATP。
（4）據圖2可知，CO2的濃度較低時也能發生C4途徑，故PEP羧化酶比Rubisco酶對CO2的親和力更高，C4植物光呼吸比C3植物低。
（5）據圖3可知，當胞間CO2濃度較高時，三種類型植株中，AP＋RNA干擾型光合速率最高的原因可能是乙醇酸轉運蛋白減少，葉綠體內乙醇酸濃度高、AP途徑能夠更快速高效地降解乙醇酸產生CO2造成的，進而促進該植物光合作用過程。

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