資源簡介

新人教生物學一輪復習素養加強課
2　光合作用和細胞呼吸的綜合
提升點1　光合作用與呼吸作用過程及物質和能量的聯系
1．物質名稱：b．O2，c．ATP，d．ADP，e．NADPH，f．C5，g．CO2，h．C3。
2．生理過程及場所
序號 ① ② ③ ④ ⑤
生理過程 光反應 暗反應 有氧呼吸第一階段 有氧呼吸第二階段 有氧呼吸第三階段
場所 葉綠體類囊體的薄膜 葉綠體基質 細胞質基質 線粒體基質 線粒體內膜
3．物質方面
C：CO2C6H12O6丙酮酸
CO2
O：H2OO2H2OCO2有機物
H：H2ONADPHC6H12O6
[H]H2O
4．能量方面
光能ATP和NADPH中活躍的化學能
C6H12O6中穩定的化學能
1．(2022·河北邢臺檢測)如圖表示植物光合作用、細胞呼吸中氧的轉移過程。下列敘述正確的是(　　)
H2OO2H2OCO2C3(CH2O)
A．過程①②④都有ATP生成
B．過程②③進行的場所不同
C．過程②⑤所需[H]全部來源于過程①
D．過程①③⑤都需在生物膜上進行
B　[④過程中沒有ATP生成，A項錯誤；過程②進行的場所是線粒體內膜，過程③進行的場所是線粒體基質，B項正確；過程⑤所需[H]來源于過程①，過程②所需[H]來源于有氧呼吸的第一和第二階段，C項錯誤；過程①③⑤進行的場所分別是葉綠體類囊體的薄膜、線粒體基質和葉綠體基質，D項錯誤。]
2．(2022·江蘇南京模擬)如圖①～⑥表示菠菜葉肉細胞代謝過程中碳元素和氫元素的轉移途徑，下列敘述錯誤的是(　　)
A．過程①②③不在生物膜上進行
B．參與過程②③⑤的酶種類不同
C．過程②③④⑤都有ATP產生
D．過程③產生的[H]中的氫元素全部來自丙酮酸
D　[過程①發生在葉綠體基質，過程②發生在細胞質基質，過程③發生在線粒體基質，A正確；②③⑤三個過程是不同的反應，根據酶的專一性，推知參與過程②③⑤的酶種類不同，B正確；過程②③④為有氧呼吸，產生ATP，過程⑤為光反應，也產生ATP，C正確；過程③中產生的[H]中的氫元素來自丙酮酸和水，D錯誤。]
(教師用書獨具)
1．如圖表示在有氧條件下某高等植物體內有關的生理過程示意圖，①～⑤表示有關過程，X、Y、Z和W表示相關物質。請據圖判斷下列說法，錯誤的是(　　)
A．X、Y、Z物質分別表示C3、丙酮酸和ATP
B．①～⑤過程中能產生ATP的有①②③④
C．②⑤過程分別表示C3的還原和CO2的固定
D．光合速率小于呼吸速率時，④過程產生的CO2會釋放到細胞外
B　[據圖可知，物質X是CO2固定的產物，所以X表示C3；物質Y是葡萄糖在酶的作用下分解成CO2的中間產物，所以Y表示丙酮酸；物質Z是光反應產生用于暗反應的ATP，A項正確。圖中①過程表示光反應，能產生ATP；②過程表示暗反應中C3的還原，消耗ATP而不能產生ATP；③過程表示有氧呼吸的第一階段，能產生ATP；④過程表示有氧呼吸的第二階段(或第二、三階段)，能產生ATP；⑤過程表示暗反應中CO2的固定，不能產生ATP，B項錯誤，C項正確。光合速率小于呼吸速率時，④過程產生的CO2要比⑤過程消耗的CO2多，所以會有一部分CO2釋放到細胞外，D項正確。]
2．(2023·山東濟南聯考)如圖為植物細胞代謝的部分過程簡圖，①～⑦為相關生理過程。下列有關敘述不正確的是(　　)
A．若植物缺Mg，則首先會受到顯著影響的是③
B．②的進行與⑤⑥密切相關，與③⑦無直接關系
C．葉肉細胞中③發生在類囊體的薄膜上，④發生在葉綠體基質中
D．葉肉細胞③中O2的產生量等于⑥中O2的消耗量，則一晝夜該植物體內有機物的總量不變
D　[葉肉細胞③中O2的產生量等于⑥中O2的消耗量，則葉肉細胞的凈光合量為0。植物體中不含葉綠體的細胞的細胞呼吸要消耗有機物，夜間植物體的細胞也要消耗有機物。因此，一晝夜該植物體內有機物的總量會減少。]
提升點2　真正(總)光合速率和表觀(凈)光合速率的關系及其速率測定
1．真正(總)光合速率、表觀(凈)光合速率和細胞呼吸速率的關系
(1)內在關系
①細胞呼吸速率：植物非綠色組織(如蘋果果肉細胞)或綠色組織在黑暗條件下測得的值——單位時間內一定量組織的CO2釋放量或O2吸收量。
②凈光合速率：植物綠色組織在有光條件下測得的值——單位時間內一定量葉面積所吸收的CO2量或釋放的O2量。
③真正(總)光合速率＝表觀(凈)光合速率＋細胞呼吸速率。
(2)判定方法
①根據坐標曲線判定
a．當光照強度為0時，若CO2吸收值為負值，則該值的絕對值代表細胞呼吸速率，該曲線代表表觀(凈)光合速率，如圖甲。
b．當光照強度為0時，光合速率也為0，該曲線代表真正(總)光合速率，如圖乙。
②根據關鍵詞判定
檢測指標 細胞呼吸速率 表觀(凈)光 合速率 真正(總) 光合速率
CO2 釋放量(黑暗) 吸收量(植物)、減少量(環境) 利用量、固定量、消耗量
O2 吸收量(黑暗)、消耗量(黑暗) 釋放量(植物)、增加量(環境) 產生量、生成量、制造量、合成量
葡萄糖 消耗量(黑暗) 積累量、增加量 產生量、生成量、制造量、合成量
2．光合速率的測定方法
(1)液滴移動法
①測定呼吸速率
a．裝置小燒杯中放入適宜濃度NaOH溶液，用于吸收CO2。
b．玻璃鐘罩應遮光處理，目的是排除光合作用的干擾。
c．置于適宜溫度環境中。
d．紅色液滴向左移動，單位時間內移動距離代表呼吸速率。
②測定凈光合速率
a．裝置小燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液，用于維持容器內CO2濃度的恒定。
b．給予較強光照處理，且溫度適宜。
c．紅色液滴向右移動，單位時間內移動距離代表凈光合速率。
③誤差校正
為排除溫度、氣壓等因素引起的氣體體積膨脹，應設計對照實驗。對照實驗與如圖不同之處在于不放植物或放置死亡的植物。
④真正(總)光合速率＝表觀(凈)光合速率＋呼吸速率。
(2)黑白瓶法——測溶氧量的變化
①“黑瓶”不透光，測定的是有氧呼吸量；“白瓶”給予光照，測定的是凈光合作用量。總光合作用量(強度)＝凈光合作用量(強度)＋有氧呼吸量(強度)。
②有初始值的情況下，黑瓶中O2的減少量為有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量(或CO2的減少量)為凈光合作用量；二者之和為總光合作用量。
③在沒有初始值的情況下(初始值設為X)，白瓶中測得的現有量(設為M)－黑瓶中測得的現有量(設為N)＝總光合作用量，即(X－N)＋(M－X)＝M－N。
注：該方法假設植物不進行無氧呼吸。
(3)半葉法——測定光合作用有機物的產生量
如圖所示，“半葉法”的原理是將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當的方法(可先在葉柄基部用熱水或熱石蠟液燙傷)阻止兩部分的物質和能量轉移。在適宜光照下照射一段時間后，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應數據，則可計算出該葉片的光合作用強度。若M＝MB－MA，則M表示B葉片被截取部分在這段時間內光合作用合成的有機物總量。
1．(2022·全國乙卷)某同學將一株生長正常的小麥置于密閉容器中，在適宜且恒定的溫度和光照條件下培養，發現容器內CO2含量初期逐漸降低，之后保持相對穩定。關于這一實驗現象，下列解釋合理的是(　　)
A．初期光合速率逐漸升高，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，之后呼吸速率保持穩定
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
D　[初期容器內CO2濃度較大，光合作用強于呼吸作用，植物吸收CO2釋放O2，使密閉容器內的CO2濃度下降，O2濃度上升，A錯誤；由于密閉容器中，在適宜且恒定的溫度和光照條件下，容器內的CO2濃度下降，所以說明植物光合作用大于呼吸作用，但由于CO2含量逐漸降低，從而使植物光合速率逐漸降低，直到光合作用與呼吸作用相等，容器中氣體趨于穩定，B錯誤；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錯誤，D正確。]
2．(2021·北京等級考)將某種植物置于高溫環境(HT)下生長一定時間后，測定HT植株和生長在正常溫度(CT)下的植株在不同溫度下的光合速率，結果如圖。由圖不能得出的結論是(　　)
A．兩組植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35 ℃時兩組植株的真正(總)光合速率相等
C．50 ℃時HT植株能積累有機物而CT植株不能
D．HT植株表現出對高溫環境的適應性
B　[由圖可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3 nmol·cm-2·s-1，A正確；CO2吸收速率代表凈光合速率，而總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。由圖可知35 ℃時兩組植株的凈光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃時兩組植株的真正(總)光合速率無法比較，B錯誤；由圖可知，50 ℃時HT植株的凈光合速率大于零，說明能積累有機物，而CT植株的凈光合速率不大于零，說明不能積累有機物，C正確；由圖可知，在較高的溫度下HT植株的凈光合速率仍大于零，能積累有機物進行生長發育，體現了HT植株對高溫環境較適應，D正確。]
3．(2022·山東濟寧期中)將一株植物放在密閉玻璃罩內，置于室外一晝夜，獲得實驗結果如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
　
甲　　　　　　　　　　乙
A．圖甲中的C點之前植物已經開始進行光合作用
B．圖甲中的F點對應圖乙中的g點
C．到達圖乙中的d點時，玻璃罩內的CO2濃度最高
D．經過這一晝夜之后，植物的有機物含量會增加
B　[圖甲中C點表示光合作用與細胞呼吸相等的點，因此在C點之前光合作用已經開始進行，A正確；圖甲中的F點對應圖乙中的h點，此時光合作用速率等于細胞呼吸速率，之后玻璃罩內的CO2濃度增加，B錯誤；d點之前植物一直釋放CO2，該點之后吸收CO2，所以到達圖乙中的d點時，玻璃罩內的CO2濃度最高，C正確；比較圖甲中A點和G點，G點的CO2濃度低于A點，說明經過一晝夜玻璃罩內的CO2減少了，而減少的這部分被植物吸收用于合成有機物，因此經過這一晝夜之后，植物的有機物含量會增加，D正確。]
4．(2022·山東濰坊檢測)某同學為研究某池塘(溶氧充足)中2米深處生物的光合作用和有氧呼吸，設計了黑白瓶實驗：取三個大小相同、體積適宜的透明玻璃瓶，標號1、2、3，其中1號瓶用錫箔紙包住遮光。用三個瓶子在池塘2米深的相同位置取滿水，測3號瓶的溶氧量，記為a。然后將1、2號瓶放回取水處，24 h后取出，測1、2號瓶的溶氧量記作b、c。下列表述錯誤的是(　　)
A．c－a可用來表示該處植物24 h的光合作用凈值
B．該處生物24 h內呼吸作用氧氣的消耗量可表示為b－a
C．c－b可用來表示該處植物24 h的光合作用總值
D．如果沒有3號瓶，也可以計算出該處植物24 h內光合作用產生的氧氣量
B　[據題意可知，3號瓶溶氧量a為3個瓶的初始溶氧量。1號瓶遮光只進行細胞呼吸，初始溶氧量為a，24 h后溶氧量為b，故a－b表示24 h細胞呼吸耗氧量，2號瓶進行光合作用和細胞呼吸，氧氣增加值為凈光合作用，初始溶氧量為a，24 h后2號瓶溶氧量為c，故c－a表示24 h細胞凈光合放氧量，總光合作用＝凈光合作用＋呼吸作用，因此24 h總光合作用為c－a＋a－b＝c－b，因此沒有3號瓶，也可以計算出該處植物24 h內光合作用產生的氧氣量，A、C、D正確，B錯誤。]
(教師用書獨具)
1．(2022·山東中學聯盟大聯考)測定的CO2吸收量與釋放量為指標，研究溫度對某綠色植物光合作用與細胞呼吸的影響，結果如圖甲所示。下列分析正確的是(　　)
甲
乙
A．光照相同時間，在20 ℃條件下植物積累的有機物的量最多
B．光照相同時間，35 ℃時光合作用制造的有機物的量與30 ℃相等
C．如果該植物原重X kg，置于暗處4 h后重(X－1)kg，然后光照4 h后重(X＋2)kg，則總光合速率為3/4 kg·h-1
D．若將乙裝置中NaHCO3溶液換成蒸餾水，則在黑暗條件下可測得B曲線
B　[在光照時間相同的情況下，在25 ℃時，CO2吸收量最大，即光合作用凈合成量最大，積累的有機物最多，A錯誤；在光照時間相同的情況下，30 ℃時光合作用的總量為3.50(凈合成量)＋3.00(呼吸消耗量)＝6.50 mg/h，35 ℃時光合作用的總量為3.00(凈合成量)＋3.50(呼吸消耗量)＝6.50 mg/h，二者相同，B正確；該植物原重X kg，置于暗處4 h后重(X－1)kg，則呼吸速率為 [X－(X－1)]/4＝1/4 kg/h，然后光照4 h后重(X＋2)kg，則凈光合速率為[(X＋2)－(X－1)]/4＝3/4 kg/h，則總光合速率為呼吸速率＋凈光合速率＝1/4 kg/h＋3/4 kg/h＝1 kg/h，C錯誤；將乙裝置中NaHCO3溶液換成NaOH溶液，則在黑暗條件下可測得B曲線，D錯誤。]
2．某研究小組采用“半葉法”對番茄葉片的光合速率進行測定。將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用熱水或石蠟燙傷葉柄基部阻止兩部分的物質和能量轉移。在適宜光照下照射6 h后，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應數據，則可計算出該葉片的光合速率，其單位是mg/(dm2·h)。請分析回答下列問題：
(1)MA表示6 h后葉片初始質量－呼吸作用有機物的消耗量；MB表示6 h后(________)＋(______________)－呼吸作用有機物的消耗量。
(2)若M＝MB－MA，則M表示_______________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)真正光合速率的計算方法是__________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)本方法也可用于測定葉片的呼吸速率，寫出實驗設計思路。
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　葉片A部分遮光，雖不能進行光合作用，但仍可照常進行呼吸作用。葉片B部分不做處理，既能進行光合作用，又可以進行呼吸作用。分析題意可知，MB表示6 h后葉片初始質量＋光合作用有機物的總產量－呼吸作用有機物的消耗量，MA表示6 h后葉片初始質量－呼吸作用有機物的消耗量，則MB－MA就是光合作用6 h有機物的總產量(B葉片被截取部分在6 h內光合作用合成的有機物總量)。由此可計算真正(總)光合速率，即M值除以時間再除以面積。將從測定葉片的相對應部分切割的等面積葉片分為A、B兩組，A組立即烘干稱重，B組在暗處保存一段時間后再烘干稱重，利用A、B兩組的干重差可計算出葉片的呼吸速率。
[答案]　(1)葉片初始質量　光合作用有機物的總產量　(2)B葉片被截取部分在6 h內光合作用合成的有機物總量　(3)M值除以時間再除以面積，即M/(截取面積×時間)　(4)將從測定葉片的相對應部分切割的等面積葉片分為A、B兩組，A組立即烘干稱重，B組在暗處保存一段時間后再烘干稱重，由A、B兩組的干重差可計算出葉片的呼吸速率
提升點3　大學教材鏈接——植物的光呼吸，C3、C4植物和CAM植物
1．光呼吸
在固定二氧化碳的反應中，催化二氧化碳與1，5 二磷酸核酮糖結合的酶是核酮糖二磷酸羧化/氧化酶。這種酶不僅能催化二氧化碳與二磷酸核酮糖的反應，還能催化氧氣與二磷酸核酮糖的反應，生成3 磷酸甘油酸和磷酸乙醇酸。3 磷酸甘油酸參加糖類的合成，磷酸乙醇酸可轉化成甘氨酸或通過其他代謝途徑釋放出二氧化碳。上述過程，即植物消耗氧氣，將二磷酸核酮糖轉化成二氧化碳的過程，稱作光呼吸。在光呼吸中，沒有ATP或NADPH的生成，是一個消耗能量的過程。科學家嘗試利用基因工程改造核酮糖二磷酸羧化/氧化酶的基因，希望使其成為沒有光呼吸作用的酶。
2．C3植物、C4植物和CAM植物
對于小麥、水稻等大多數綠色植物來說，在暗反應階段，一個二氧化碳被一個五碳化合物(C5)固定以后，形成的是兩個三碳化合物(C3)。但是，科學家在研究玉米、甘蔗等原產在熱帶地區綠色植物的光合作用時發現，在這類綠色植物的光合作用中，二氧化碳中的碳首先轉移到含有四個碳原子的有機物(C4)中，然后才轉移到C3中。科學家將這類植物叫作C4植物，將其固定二氧化碳的途徑，叫作C4途徑；將僅有C3參與二氧化碳固定的植物叫作C3植物，將其固定二氧化碳的途徑，叫作C3途徑。上文中介紹的二氧化碳的固定過程即為C4途徑。下面詳細介紹C4途徑。
在C4植物中，葉片中構成維管束鞘的細胞中的葉綠體以C3途徑固定二氧化碳，而在葉肉細胞中主要為C4途徑。維管束鞘的細胞呼吸放出的二氧化碳可以被葉肉細胞通過C4途徑來固定，其過程如下圖：
C4途徑的生物學意義在于，熱帶植物為了防止水分過多蒸發，常常關閉葉片上的氣孔，這樣空氣中的二氧化碳不易進入細胞。這時，C4植物能夠利用葉片內細胞間隙中含量很低的二氧化碳進行光合作用。這是因為C4途徑中能夠固定二氧化碳的那種酶對二氧化碳有很高的親和力，使葉肉細胞能有效地固定和濃縮二氧化碳，供維管束鞘細胞內葉綠體中的C3途徑利用。
許多起源于熱帶的植物，如景天科、仙人掌科、鳳梨科、蘭科等植物多具肉質莖、葉，葉片表面有較厚的角質層，葉肉細胞有很大的液泡，從形態結構上對高溫、干旱有很強的適應性。同時，這類植物在進化中還發展了特殊的碳固定代謝途徑——景天酸代謝(CAM)途徑。該途徑具有兩套羧化固定CO2的系統，這與C4植物很類似，但不同的是CAM植物沒有明顯的維管束鞘細胞，兩類酶都存在于葉肉細胞中，是通過酶活性的晝夜調節使羧化反應與CO2再固定分別在夜間和白天完成的。
1．(2023·廣東深圳檢測)玉米葉片具有特殊的結構，其葉肉細胞中的葉綠體有基粒，而維管束鞘細胞中的葉綠體不含基粒。維管束鞘細胞周圍的葉肉細胞可以固定較低濃度的CO2，并將CO2轉移到維管束鞘細胞中釋放，參與光合作用的暗反應，過程如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A．維管束鞘細胞的葉綠體基本不能進行光反應但可以進行暗反應
B．維管束鞘細胞中暗反應過程不需要ATP和NADPH
C．PEP羧化酶對環境中較低濃度的CO2具有富集作用
D．玉米葉片特殊的結構和功能，使其更適應高溫干旱環境
B　[維管束鞘細胞的葉綠體無基粒，不能進行光反應，但仍能進行暗反應生成糖類，A正確；維管束鞘細胞中暗反應過程需要ATP和NADPH，B錯誤；PEP羧化酶可將較低濃度的CO2與某種C3結合成C4，并從葉肉細胞運輸至維管束鞘細胞中釋放出來，因此對低濃度CO2具有富集作用，C正確；玉米葉片特殊的結構和功能，使其在氣孔關閉的條件下仍能有效利用低濃度的CO2，既減少了蒸騰作用，又保證了光合作用的進行，所以它們更適應高溫干旱環境，D正確。]
2．(2022·全國甲卷)根據光合作用中CO2的固定方式不同，可將植物分為C3植物和C4植物等類型。C4植物的CO2補償點比C3植物的低。CO2補償點通常是指環境CO2濃度降低導致光合速率與呼吸速率相等時的環境CO2濃度。回答下列問題。
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反應階段的產物是相同的，光反應階段的產物是______________________(答出三點即可)。
(2)正常條件下，植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位，原因是_____________________(答出一點即可)。
(3)干旱會導致氣孔開度減小，研究發現在同等程度干旱條件下，C4植物比C3植物生長得好。從兩種植物CO2補償點的角度分析，可能的原因是____________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)光合作用光反應階段的場所是葉綠體類囊體的薄膜上，光反應發生的物質變化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反應階段生成的產物有O2、NADPH和ATP。(2)葉片光合作用產物一部分用來建造植物體結構和自身呼吸消耗，其余部分被輸送到植物體的儲藏器官儲存起來。故正常條件下，植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位。(3)干旱會導致氣孔開度減小，使CO2吸收減少；由于C4植物的CO2補償點低于C3植物，則C4植物能夠利用較低濃度的CO2，因此光合作用受影響較小的植物是C4植物，故C4植物比C3植物生長得好。
[答案]　(1)O2、NADPH和ATP　(2)自身呼吸消耗或建造植物體結構　(3)C4植物的CO2補償點低于C3植物，C4植物能夠利用較低濃度的CO2
3．(2023·廣東汕頭聯考)植物的光合作用和光呼吸是兩個重要的生理過程。光呼吸是O2與CO2競爭性結合C5，O2與C5結合后經一系列反應釋放CO2的過程，如圖1(圖中RuBP為C5，PGA為C3)。研究人員為提高某種農作物的產量，向農作物葉面噴施不同濃度的光呼吸抑制劑“W”溶液，測定結果如圖2所示。回答下列相關問題：
圖1
圖2
(1)葉肉細胞中卡爾文循環發生在葉綠體的________，每固定6分子CO2，才能形成1分子的葡萄糖，合成1分子葡萄糖需要消耗________分子的ATP。
(2)Rubisco具有羧化酶和加氧酶活性，光合作用過程中，葉綠體內CO2濃度降低、O2濃度升高時，Rubisco的________活性增強。據圖1分析，突然停止光照，農作物葉片CO2釋放量在短時間內增加的原因是______________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)根據圖2實驗結果分析，在農業生產中，為提高農作物產量，可給農作物葉面噴施濃度為________的“W”溶液。
[解析]　(1)光合作用的暗反應場所是葉綠體的基質，據圖1分析，每固定1分子CO2，消耗3分子ATP，固定6分子CO2，消耗18分子ATP，形成1分子葡萄糖。(2)據題意可知，Rubisco能夠與O2和CO2結合，當葉綠體內CO2濃度降低、O2濃度升高時，Rubisco的加氧酶活性增強。突然停止光照，產生的ATP、NADPH減少，暗反應消耗的C5減少，C5與O2結合增加，產生的CO2增多。(3)據圖2分析，“W”濃度為200 mg/L時，葉片積累的有機物最多。
[答案]　(1)基質　18　(2)加氧酶　光照停止，ATP、NADPH減少，卡爾文循環消耗C5減少，C5與O2結合增加，產生CO2增多　(3)200 mg/L
4．(2023·廣東惠州聯考)為了適應高溫干旱的環境，有些植物的氣孔在夜間開放，白天關閉，以一種特殊的方式固定CO2使光合作用效率最大化。如圖為菠蘿葉肉細胞內的部分代謝示意圖，請據圖回答下列問題：
(1)干燥條件下，菠蘿葉肉細胞白天能產生CO2的具體部位是________________。
(2)如圖所示，PEP、OAA、RuBP、PGA、C為菠蘿葉肉細胞內的部分代謝物質，能固定CO2的有____________，推測進入線粒體的C可能是________。
(3)請結合圖中CO2的變化途徑分析，在長期干旱條件下該植物仍能在白天正常進行光合作用的機制是________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)若將一株菠蘿置于密閉裝置內進行遮光處理，用CO2傳感器測定裝置中CO2的變化速率，并以此作為測定該植物呼吸速率的指標，這種做法是否合理？________，原因是____________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)由題圖可以看出，白天產生CO2的途徑有兩條：一是蘋果酸脫羧產生CO2，二是由線粒體中的丙酮酸分解產生，因此白天產生CO2的部位是細胞質基質和線粒體基質。(2)結合圖示分析可知，參與CO2固定的有兩個結構：細胞質基質、葉綠體。在細胞質基質中，CO2與PEP結合生成OAA；在葉綠體中，CO2與RuBP生成PGA。所以能參與CO2固定的物質有PEP和RuBP，其中物質C能進入線粒體被氧化分解，可能是丙酮酸。(3)由題圖可知，夜間吸收的CO2經過一系列反應轉化為蘋果酸儲存在液泡中，白天氣孔關閉時，一方面蘋果酸從液泡運出并通過分解提供CO2；另一方面丙酮酸氧化分解提供CO2，以保證光合作用的正常進行。(4)將菠蘿置于密閉裝置內進行遮光處理，雖然不能進行光合作用，但菠蘿呼吸作用產生CO2的同時也吸收CO2用于合成蘋果酸，所以容器內CO2的變化速率不能作為測定該植物呼吸速率的指標。
[答案]　(1)細胞質基質、線粒體基質　(2)PEP、RuBP　丙酮酸　(3)夜間吸收的CO2經過一系列反應轉化為蘋果酸儲存在液泡中，白天氣孔關閉時，一方面蘋果酸從液泡運出并通過分解提供CO2；另一方面丙酮酸氧化分解提供CO2，以保證光合作用的正常進行　(4)不合理　菠蘿在遮光條件下進行呼吸作用產生CO2的同時也吸收CO2用于合成蘋果酸。即容器內CO2的變化速率不能作為測定該植物呼吸速率的指標
(教師用書獨具)
(2022·江蘇選擇性考試)圖Ⅰ所示為光合作用過程中部分物質的代謝關系(①～⑦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。請據圖回答下列問題：
圖Ⅰ
圖Ⅱ
(1)圖Ⅰ中，類囊體薄膜直接參與的代謝途徑有________(從①～⑦中選填)，在紅光照射條件下，參與這些途徑的主要色素是______________。
(2)在C2循環途徑中，乙醇酸進入過氧化物酶體被繼續氧化，同時生成的________在過氧化氫酶催化下迅速分解為O2和H2O。
(3)將葉片置于一個密閉小室內，分別在CO2濃度為0和0.03%的條件下測定小室內CO2濃度的變化，獲得曲線a、b(圖Ⅱ)。
①曲線a，0～t1時段(沒有光照，只進行呼吸作用)釋放的CO2源于細胞呼吸；t1～t2時段，CO2的釋放速度有所增加，此階段的CO2源于______________。
②曲線b，當時間到達t2后，室內CO2濃度不再改變，其原因是__________
_____________________________________________________________________。
(4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科學家在煙草葉綠體中組裝表達了衣藻的乙醇酸脫氫酶和南瓜的蘋果酸合酶，形成了圖Ⅲ代謝途徑，通過降低光呼吸，提高了植株生物量。上述工作體現了遺傳多樣性的________價值。
圖Ⅲ
[解析]　(1)類囊體薄膜發生的反應有水的光解(產生H＋與O2)，以及NADPH和ATP的形成，即①⑥。葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，葉綠素主要有葉綠素a和葉綠素b兩種，葉綠素a呈藍綠色，葉綠素b呈黃綠色；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，用紅光照射參與反應的主要是葉綠素a和葉綠素b。(2)過氧化氫酶能將過氧化氫分解為O2和H2O，所以在C2循環途徑中，乙醇酸進入過氧化物酶體被繼續氧化，同時生成的過氧化氫在過氧化氫酶催化下迅速分解為O2和H2O。(3)①a曲線t1～t2時段有光照，所以CO2是由細胞呼吸和光呼吸共同產生的。②b曲線t1～t2時段有光照，室內CO2濃度下降到t2時不再變化，說明光呼吸、細胞呼吸和光合作用達到了平衡。(4)圖Ⅲ代謝途徑，通過降低了光呼吸，提高了植株生物量，直接提升了流入生態系統的能量，屬于遺傳多樣性的直接價值。
[答案]　(1)①⑥　葉綠素a和葉綠素b　(2)過氧化氫　(3)①細胞呼吸和光呼吸　②光呼吸、細胞呼吸和光合作用達到了平衡　(4)直接
18 / 18

展開更多......

收起↑