专题1 第2讲 光合作用原理的拓展 （课件）-【步步高】2024年新高考生物考前三个月（鲁湘辽吉）

专题一　光合作用和细胞呼吸 第2讲 光合作用原理的拓展 内容索引 C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2方式的比较 光呼吸及其意义 预测演练 考点1 考点2 1.(2023·山东济南附中高三调研)某研究小组在研究小麦、玉米和芦荟的光合作用时，分别测得三种植物一昼夜CO2吸收速率的变化量，结果如图： 典例示范 考点1　C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2方式的比较 PART ONE (1)图1中小麦在10：00～12：00光合作用速率下降的原因是___________ ___________________________________________________。 温度过高， 植物蒸腾作用失水过多导致气孔导度下降，CO2吸收减少 (2)小麦进行暗反应时，CO2被C5固定后，形成C3，但科学家在研究玉米等原产在热带地区绿色植物的光合作用时发现，这类植物固定CO2时，CO2中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中，然后才转移到C3中， 科学家将这类植物叫作C4植物，将其特有的固定CO2的途径叫作C4途径；此类作物没有“光合午休”的现象。而像小麦等仅有C3参与CO2固定的植物叫作C3植物，将其固定CO2的途径叫作C3途径。若用14C标记大气中的CO2，则小麦植株中14C的转移途径为_____________________；玉米植株中14C的转移途径为__________________________________。 14CO2→14C3→(14CH2O) 14CO2→14C4→14CO2→14C3→(14CH2O) (3)请据图比较C3、C4植物的结构并完善表格。 细胞类别 C3植物 C4植物 维管束鞘细胞 形态 小 ①____ 叶绿体 无 有，但无基粒不能进行光反应 叶肉细胞 排列 栅栏组织、海绵组织 部分叶肉细胞与维管束鞘细胞形成花环型 叶绿体 ②____ 有，但不能进行暗反应 大 有 (4)C3途径的CO2固定是通过Rubisco来实现的； C4途径的CO2固定是通过PEP羧化酶催化完成的，PEP羧化酶催化CO2 连接到PEP上，形成四碳酸。这两种酶对CO2的亲和力不同，PEP羧化酶与CO2的亲和力比Rubisco高出60多倍，有利于玉米等植物在叶肉细胞中把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，形成C4后进入维管束鞘细胞并释放CO2 ，PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”。请解释玉米在10：00～12：00光合作用速率不降反升的原因：①___________________ __________________________________________________________________________；②____________________________________________________________ ___________；③维管束鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束，从而避免了光合产物累积对光合作用可能产生的抑制作用。 叶肉细胞中的PEP羧 化酶对CO2有很高的亲和力，能将低浓度的CO2浓缩，从而增加细胞中CO2的浓度 强光下，可产生更多的NADPH和ATP，以满足C4植物C4途径对ATP 的额外需求 (5)据图1判断芦荟在10：00～16：00光合作用速率________(填“是”或“不是”)零。 不是 (6)生长在热带干旱地区的植物如芦荟、仙人掌等多肉植物，具有一种光合固定CO2的附加途径——CAM途径，具有CAM途径的植物被称为CAM植物。据图3判断：夜晚，植物______(填“能”或“不能”)进行卡尔文循环。白天，植物进行光合作用CO2来源是_______________________。 不能 苹果酸的分解和细胞呼吸 C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2方式的比较 应用提炼 (1)比较C4植物、CAM植物固定CO2的方式 相同点：都对CO2进行了两次固定。 不同点：C4植物两次固定CO2是空间上错开；CAM植物两次固定CO2是时间上错开。 (2)比较C3 、C4、CAM途径 C3途径是碳同化的基本途径， C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 对点精练 1.(2021·全国乙，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2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羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有_________________________________ _______________________________，光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和_____________________释放的CO2。 细胞质基质、线粒体(线粒体基质和 线粒体内膜)、叶绿体类囊体薄膜 细胞呼吸(或呼吸作用) 白天有光照，叶肉细胞能利用液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2进行光合作用，也能利用光合作用产生的氧气和有机物进行有氧呼吸，光合作用光反应阶段能将光能转化为化学能储存在ATP中，有氧呼吸三个阶段都能产生能量合成ATP，因此叶肉细胞能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体(线粒体基质和线粒体内膜)、叶绿体类囊体薄膜。光合作用为有氧呼吸提供有机物和氧气，反之，细胞呼吸(或呼吸作用)产生的CO2也能用于光合作用暗反应，故光合作用所需的CO2可来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸(或呼吸作用)释放的CO2。 (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。 蒸腾作用过强导致水分散失过多 光合作用 由于环境干旱，植物吸收的水分较少，为了适应这一环境，白天气孔关闭能防止因温度较高、蒸腾作用较强导致植物体水分散失过多，晚上气孔打开吸收CO2储存固定，以保证光合作用等生命活动的正常进行。 (3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果) _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 实验思路：取生长状态相同的植物甲若干株随机均分为A、B两组；A组在(湿度适宜的)正常环境中培养，B组在干旱环境中培养，其他条件相同且适宜，一段时间后，分别检测两组植株夜晚同一时间液泡中的pH，并求平均值；预期结果：A组pH平均值高于B组 该实验自变量是植物甲所处的生存环境是否干旱，由于夜间气孔打开吸收CO2，生成苹果酸储存在液泡中，导致液泡pH降低，故可通过检测液泡的pH验证植物甲存在该特殊方式，即因变量检测指标是液泡中的pH。 2.(2023·衡阳高三期中)同一地区种植玉米(C4植物)和水稻(C3植物)两种作物，夏季晴朗白天，水稻出现“光合午休”现象，而玉米没有此现象。研究发现：玉米叶肉细胞含有典型叶绿体，维管束鞘细胞含有的叶绿体只能进行暗反应。请结合图表回答问题： (1)玉米维管束鞘细胞含有的叶绿体只能进行暗反应，因此玉米叶片光反应发生在_____________________________(填具体场所)。由图1可知，CO2先后与__________(物质)结合。玉米叶肉细胞和维管束鞘细胞结构和功能不同的根本原因是__________________。 叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜 PEP、C5 基因的选择性表达 (2)玉米维管束鞘细胞与相邻叶肉细胞通过胞间连丝相连，其作用是_______________________________。与水稻相比，玉米的CO2的补偿点较____。高温、干旱时玉米还能保持高效光合作用的原因是___________ _________________________________________________________。据此推测，图2中____(填“A”或“B”)植物为C4植物。 实现细胞间的物质交换和信息交流 低 玉米叶肉 细胞中固定CO2的酶亲和力更高，可利用低浓度CO2进行光合作用 A (3)为了让水稻获得C4途径中固定CO2的酶，提高对CO2的亲和力，利用所学的生物技术与工程相关知识，提出你的设计思路__________________ ____________________________________________。 获取C4途径固定CO2 的酶的基因(PEP羧化酶基因)，将其导入水稻细胞 (4)强光照条件下，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。为探究油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制，设计了如表实验方案(试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成)。 实验步骤及目的 简要操作过程 获取实验材料 将生长状况一致的苹果幼苗栽于多个塑料盆中，平均分成甲、乙、丙三组 设置对照组 对甲组叶片每天定时喷洒适量蒸馏水 实验步骤及目的 简要操作过程 设置探究BR功能的实验组 ①_________________________________________ 测定叶绿素荧光参数和气体交换参数 取若干健康成熟叶片置于相应溶液中在正常光下蒸腾过夜，24 h后每组随机取6片叶置于强光照下处理 4 h，测定相关指标 ②______________ ________________ 对照组和实验组均随机测定多个植株多片叶片 用等量BR处理乙组，用等量BR＋L 处理丙组 减少叶片差异产生的实验误差 实验步骤及目的 简要操作过程 实验结果与分析 实验结果如图3所示，通过对乙组与丙组曲线的分析，推测 BR 可能是通过③__________________________ 发挥作用 促进光反应关键蛋白的合成 设置探究BR功能的实验组：用等量BR处理乙组，用等量BR＋L 处理丙组。为减少叶片差异产生的实验误差，对照组和实验组均随机测定多个植株多片叶片。实验结果与分析：通过对乙组与丙组曲线的分析，推测BR可能是通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用。 考点2　光呼吸及其意义 2.(2023·四平高三调研)绿色植物中RuBP羧化酶(Rubisco)具有双重活性，当O2/CO2偏高时，光呼吸的过程会加强。光呼吸过程中会消耗O2并且生成CO2，是一个高耗能的反应(如图所示)。过氧化物酶体为细胞质中单层膜细胞器，负责将C2(乙醇酸)氧化为乙醛酸和过氧化氢。回答下列问题： 典例示范 PART TWO (1)据图中的信息，在光呼吸的过程中绿色植物在Rubisco催化下____与C5反应，形成的___________中的C原子最终进入线粒体放出CO2。据图推测参与此过程的细胞器有______________________________。 (2)光呼吸与有氧呼吸的不同之处有________(填序号)。 ①在光下才进行　②可在叶绿体中利用O2　③不产生ATP　④可将有机物分解为CO2 O2 C2(乙醇酸) 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 ①②③ (3)在干旱和过强光照下，因为温度高、蒸腾作用强，气孔大量关闭。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的______________，光呼吸产生的_____又可以作为暗反应阶段的原料，因此有观点指出光呼吸在一定条件下对植物也有重要的正面意义。 ATP和NADPH CO2 应用提炼 1.光呼吸发生的原因 Rubisco是一种双功能酶，当CO2/O2的值高时，可催化C5固定CO2合成有机物；当CO2/O2的值低时，可催化C5结合O2发生氧化分解，消耗有机物，此过程称为光呼吸。 2.光呼吸的危害及抑制措施 一定条件下光呼吸使光合效率下降25%～30%；抑制光呼吸的措施：适当降低环境中O2浓度或提高CO2浓度。 3.光呼吸的正面意义 在干旱天气和过强光照下：(1)光呼吸是高耗能反应，可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP；(2)光呼吸的产物有CO2，可以弥补CO2不足，维持暗反应的正常进行；(3)正常光照下，体内产生的乙醇酸对细胞有毒害的作用，而光呼吸可以消耗乙醇酸。 4.光呼吸与细胞呼吸的比较 项目 光呼吸 细胞呼吸(有氧呼吸) 底物 C2化合物 糖类等有机物 发生部位 过氧化物酶体、线粒体、叶绿体 细胞质基质、线粒体 反应条件 光照 光或暗都可以 能量 消耗能量 产生能量 共同点 消耗O2、释放CO2 对点精练 3.(2023·湖南，17)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Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L－1(K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 μmol·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。 3－磷酸甘油醛 蔗糖 维管组织 玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的固定过程不同，但其卡尔文循环的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3－磷酸甘油酸，然后直接被还原成3－磷酸甘油醛。3－磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，蔗糖在长距离运输时是通过维管组织进行的。 (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3点即可)。 高于 高光照条件 下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶比水稻的Rubisco酶对CO2的亲和力更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸 干旱、高光照强度时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶比水稻的Rubisco酶对CO2的亲和力更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。 (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3点即可)。 酶的活性达到最大， 对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同 将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度，而植物的光合作用强度受到很多因素的影响，在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。 4.(2021·天津，15)Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶，但其也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。 (1)蓝细菌具有CO2浓缩机制，如下所示。 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 据图分析，CO2依次以_________和_________方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进__________和抑制____________提高光合效率。 自由扩散 主动运输 CO2固定 O2与C5结合 若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，暗反应的场所为叶绿体基质，故能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的叶绿体中观察到羧化体。 (2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的________中观察到羧化体。 叶绿体 (3)研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入 和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上该转基因植株暗反应水平应_______，光反应水平应_______，从而提高光合速率。 提高 提高 若转入 和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上可以增大羧化体中CO2的浓度，使转基因植株暗反应水平提高，进而消耗更多的NADPH和ATP，使光反应水平也随之提高，从而提高光合速率。 1.(2023·淄博高三摸底)玉米植株高大，叶窄长，需氮肥多；大豆植株矮小，叶小而平展，需磷肥多。玉米光合作用部分途径如图1，大豆光合作用部分途径如图2，生产上往往将二者间作(如图3)。 1 2 3 4 5 PART THREE 预测演练 科研人员研究发现，玉米间作时产量比单作时显著提高，而大豆间作时产量比单作时略有下降。为探究其原因，科学家在实验室中进行了相关的研究。当其他条件均适宜时，玉米和大豆在不同光照强度和叶面CO2浓度下的净光合速率分别如图4、图5(注：光照强度用PPFD表示)。请回答下列问题： 1 2 3 4 5 (1)据图1、图2可推测，玉米叶片光合作用合成的NADPH和ATP在____________________细胞中被利用；玉米对CO2利用率比大豆高的原因是_________酶能增强其对CO2的固定能力。 1 2 3 4 5 叶肉细胞和维管束鞘 PEP羧化 1 2 3 4 5 (2)研究表明，玉米与大豆间作时，玉米能从大豆的根际环境中获得部分氮，这种对氮元素竞争的结果，可刺激大豆根瘤菌的固氮作用。作物吸收的氮可用于合成__________ ________________________(至少写出两种)等物质，从而提高作物的光合速率。 (3)与单作相比，间作可使玉米获得更多的___________，使其产量增高；大豆间作产量略低于单作的原因最可能是____________。 ATP、 叶绿素、NADPH、蛋白质 光照和氮肥 光照强度低 1 2 3 4 5 (4)田间作物种植提倡“正其行，通其风”，能提高作物产量的主要原因是__________ __________________________________________________________________________________________________________________。 通风提高 田间CO2浓度，促进光合作用(或通风提高田间O2浓度，促进根细胞的呼吸作用，从而提高植物从土壤中吸收矿质元素的速率) 1 2 3 4 5 (5)据图4、图5可知，当叶面CO2浓度超过400 μmol·mol－1时，限制玉米净光合速率增加的外界因素最可能是___________；叶面CO2浓度为600 μmol·mol－1时，用PPFD－600光照强度分别照射玉米与大豆10小时，______积累的有机物相对更多。 光照强度 大豆 1 2 3 4 5 2.(2023·承德高三期末)叶绿体中的Rubisco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，乙醇酸离开叶绿体在其他细胞器中转变为乙醛酸，乙醛酸经过转氨基作用形成甘氨酸，甘氨酸再经一系列反应释放CO2，同时转变为C3重新进入卡尔文循环，该过程称为光呼吸。 科学家将拟南芥酶A基因突变体(酶A功能丧失)和野生型分别在大气CO2浓度和高CO2浓度(3 500 ppm)下培养一段时间后，叶片体内乙醛酸含量和生长情况如图1、图2所示，请回答下列问题： (1)提取拟南芥中的Rubisco时，为了保持该酶的活性，研磨时应加入____________ (填“无水乙醇”或“磷酸缓冲液”)，Rubisco 分布在叶绿体的______。 磷酸缓冲液 基质 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (2)若利用提纯的Rubisco等酶模拟光合作用暗反应过程，构建反应体系时需要加入的供能物质有______________。 (3)(多选)与高CO2浓度相比，突变体在大气CO2浓度下的乙醛酸含量高的原因有_____。 A.C5氧化反应产生乙醇酸加强 B.乙醇酸转变为乙醛酸加强 C.乙醛酸转氨基作用形成甘氨酸加强 D.甘氨酸经一系列反应释放CO2加强 ATP、NADPH AB 1 2 3 4 5 (4)根据图1结合光呼吸过程推测酶A的功能是____________________________ __________。与大气中CO2浓度相比，野生型在高CO2浓度条件下生长得更好，从光呼吸和光合作用的过程分析，原因分别是____________________________、_____________________________。 催化乙醛酸经过转氨基作用形 成甘氨酸 光呼吸强度低，有机碳损失少 光合作用原料充足，光合速率高 1 2 3 4 5 突变体在高CO2浓度和大气CO2浓度下的乙醛酸的含量都比野生型的高，则推测酶A的功能是催化乙醛酸经过转氨基作用形成甘氨酸。由于光呼吸强度低、有机碳损失少及光合作用原料充足、光合速率高，因此野生型在高CO2浓度条件下生长得更好。 1 2 3 4 5 (5)某研究小组测得在适宜条件下野生型叶片遮光前吸收CO2的速率和完全遮光后释放CO2的速率如图3。图形A＋B＋C的面积表示该植物在一定时间内单位面积叶片光合作用_______________，光呼吸释放CO2的量可以用____的面积表示。 固定CO2的总量 C 据图分析，A为叶肉细胞吸收外界的CO2量，而B＋C的总和则是植物自身产生的CO2量，两部分的CO2都会被植物的叶肉细胞吸收，即光合作用固定的CO2量。遮光之后，植物主要进行细胞呼吸产生CO2，根据遮光后平稳段的直线的变化趋势可以推出B的面积表示这段时间内植物细胞呼吸放出的CO2量，而C段则表示植物通过光呼吸产生的CO2量。 1 2 3 4 5 3.(2023·沈阳高三第一次调研)光呼吸是植物绿色组织依赖光消耗O2、分解有机物放出CO2的过程，一定条件下光呼吸使光合效率下降25%～30%。我国科研团队通过多基因转化技术将关键基因导入水稻叶绿体基因组，构建一条新的光呼吸代谢支路，使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内转化为3－磷酸甘油酸(C3)，提高水稻的光合效率，相关代谢过程如图1所示，其中Rubisco为RuBP羧化/加氧酶，虚线方框代谢过程为新构建的光呼吸代谢支路。请回答下列问题： 1 2 3 4 5 (1)Rubisco既能催化C5羧化，又能催化C5加氧分解。Rubisco催化C5羧化的反应称为___________。线粒体中产生CO2的过程除图示过程外，还有____________。 1 2 3 4 5 CO2的固定 丙酮酸分解 (2)光呼吸对植物生存也具有重要的意义。当CO2与O2分压比降低时，暗反应减慢，图1[A]中______________积累导致在______________(结构)产生的电子不能还原________，而与O2结合产生自由基对膜结构造成伤害。光呼吸产生的3－磷酸甘油酸和______可加快暗反应的进行，不仅减少上述膜的损伤，而且有利于____________。 1 2 3 4 5 NADPH 类囊体(薄膜) NADP＋ CO2 减少碳损失 1 2 3 4 5 由图可知，当CO2与O2分压比降低时，即CO2浓度较低，暗反应减慢，图1中的NADPH积累，导致在类囊体(薄膜)上水光解产生的电子不能还原NADP＋，电子与O2结合产生自由基对膜结构造成伤害。 1 2 3 4 5 由图可知，光呼吸产生的乙醇酸经反应可以形成丙酮酸，继而形成3－磷酸甘油酸，C5与CO2结合也可以形成3－磷酸甘油酸，光呼吸过程中乙醇酸转化为甘氨酸，甘氨酸经反应可以形成CO2，故光呼吸产生的3－磷酸甘油酸和CO2可加快暗反应的进行，有利于减少碳的损失。 (3)光呼吸代谢支路中循环A的意义是在叶绿体中持续产生__________，与_______ 反应并最终转化为3－磷酸甘油酸。 丙酰辅酶A 乙醇酸 分析题图可知，光呼吸代谢支路中循环A的意义是在叶绿体中持续产生丙酰辅酶A，因为丙酰辅酶A可以与光呼吸产生的乙醇酸反应，经一系列反应后最终转化为3－磷酸甘油酸。 1 2 3 4 5 (4)研究人员用具有光呼吸支路的甲、乙、丙3种转基因水稻及野生型水稻(WT)在试验田进行相关实验。与野生型水稻相比，转基因水稻的产量有所提高，结合如图2、3、4所示实验结果，分析其原因有______________ _______________________________。 1 2 3 4 5 提高了水稻的 净光合速率，增加了水稻的分蘖数 转基因水稻的产量有所提高，即其有机物的积累更多，转基因水稻的净光合速率较大、水稻的分蘖数较高、光合作用速率更强等均会导致水稻产量增加。 1 2 3 4 5 4.(2023·岳阳高三统考)绿色植物的光呼吸是在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水的一个生化过程，是一个高耗能的反应。过氧化物酶体负责将光合作用的副产物C2(乙醇酸)氧化为乙醛酸和过氧化氢，如图1所示。回答下列问题： 1 2 3 4 5 (1)参与光呼吸的细胞器除过氧化物酶体外，还有________________。过氧化物酶体是一种细胞器的理由是________________________________。 (2)线粒体中产生CO2的另一过程需要的原料是____________。在光照突然停止之后，会释放出大量CO2的原因 1 2 3 4 5 线粒体、叶绿体 属于细胞质中具有特定功能的结构 丙酮酸和水 是___________________________________________________。 光合作用消耗CO2减少，光呼吸和有氧呼吸继续产生CO2 1 2 3 4 5 (3)水稻、小麦等C3植物的光呼吸显著，而高粱、玉米等C4植物的叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构，光呼吸消耗有机物很少，C4途径如图2所示。 据图分析，C4植物叶肉细胞的细胞质基质中PEP羧化酶催化CO2和C3反应最终形成C4(苹果酸)，该物质经__________进入维管束鞘细胞，生成CO2和C3。图中卡尔文循环的场所是____________。C4植物光呼吸比C3植物低很多的原因：一方面C4植物叶 肉细胞中高效的PEP羧化酶能够利用_____________，且花环状的结构使得多个叶肉细胞中的CO2富集到一个维管束鞘细胞中，使得维管束鞘细胞CO2浓度高，在与____竞争Rubisco中有优势，从而抑制光呼吸。 胞间连丝 叶绿体基质 低浓度的CO2 O2 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (4)夏季正午，C3植株会出现“光合午休”现象，而C4植株则不会出现该现象的原因是_______________________________________________ ____________________________________________________________________________。 C4植物叶肉细胞中含有的PEP羧化酶对CO2的亲和力 更高，能催化固定低浓度的CO2，所以C4植物在气孔关闭的情况下仍能进行光合作用 夏季正午，C3植株因失水过多会通过关闭部分气孔减小蒸腾作用，即出现“光合午休”现象，C4植物叶肉细胞中含有的PEP羧化酶对CO2的亲和力较高，能固定低浓度的CO2，所以C4植物在气孔关闭的情况下仍能进行光合作用。 5.(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SoBS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，SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。 SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600 光合作用强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 光呼吸强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (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___________________________________________________ _____________________________________。 基质 光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5 减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多 SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600 光合作用强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 光呼吸强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 (2)与未喷施SoBS溶液相比，喷施100 mg/L SoBS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_________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________。 SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600 光合作用强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 光呼吸强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 低 喷施100 mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时，在更低的光照强度下，两者即可相等 1 2 3 4 5 (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SoBS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。 SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600 光合作用强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 光呼吸强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 1 2 3 4 5 100～300 1 2 3 4 5 光呼吸会消耗有机物，但光呼吸会释放CO2，补充光合作用的原料，适当抑制光呼吸可以增加作物产量，由表可知，在SoBS溶液浓度为200 mg/L时光合作用强度与光呼吸强度差值最大，即光合产量最大，为了进一步探究最适喷施浓度，应在100～300 mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。 HCO HCO $$