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专题突破集训
一、选择题:每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1.(2025·河北模拟)根据光合作用中CO2固定方式的不同,可将植物分为C3植物(如小麦)和C4植物(如玉米)。C3植物最初的CO2固定是由Rubisco酶催化生成3-磷酸甘油酸(C3),而C4植物最初的CO2固定是由PEP羧化酶催化生成草酰乙酸(C4)。C4植物叶肉细胞中的叶绿体有类囊体但没有Rubisco,而维管束鞘细胞中的叶绿体没有类囊体但有Rubisco,其光合作用过程如图所示。已知PEP羧化酶对CO2的亲和力远高于Rubisco。下列叙述错误的是( )
A.C4植物光合作用的暗反应进行的场所是维管束鞘细胞
B.C3和C4植物的叶肉细胞光反应阶段产生的ATP,均只用于C3的还原
C.在相同条件下,玉米细胞中的C5化合物含量低于小麦
D.将PEP羧化酶基因导入小麦体内,可以缓解光合午休的影响
【答案】 B
【解析】 A、玉米光合作用的暗反应阶段进行的场所是维管束鞘细胞,A正确;
B、据图可知,C4植物的叶肉细胞光反应阶段产生的ATP,还用于丙酮酸生成C3(PEP),B错误;
C、在相同条件下,玉米细胞有更多的C5化合物与CO2结合,故玉米细胞中的C5化合物含量低于小麦,C正确;
D、提高小麦体内PEP羧化酶活性,可以促进合成更多的C4,从而产生更多的CO2,可以缓解光合午休的影响,D正确。
故选B。
2.(2025·贵州模拟)自然界中景天科植物可通过特殊的CO2固定方式进行暗反应过程,如图所示,下列相关叙述正确的是( )
A.景天科植物在夜间和白天均能固定CO2合成糖类
B.卡尔文循环过程中,C3接受能量并被还原后全部生成糖类
C.在高温、干旱环境中,景天科植物比普通植物适应能力更强
D.白天可通过测定一定时间内CO2吸收量来表示该植物光合作用强度
【答案】 C
【解析】 A、景天科植物在夜间不进行光反应,导致暗反应也不能进行,所以在夜间不能合成糖类,A错误;
B、卡尔文循环过程中,C3接受能量并被还原后一部分生成糖类,还有一部分被还原成C5,B错误;
C、由于景天科植物可通过特殊的CO2固定方式进行暗反应过程,故在高温、干旱环境中,景天科植物比普通植物适应能力更强,C正确;
D、白天景天科植物气孔关闭,所以不能通过测定一定时间内CO2吸收量来表示该植物光合作用强度,D错误。
故选C。
3.景天科植物有一个很特殊的CO2同化方式:夜间气孔开放,吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用,其部分代谢途径如图所示。据图分析,下列叙述正确的是( )
A.如果白天适当提高CO2浓度,景天科植物的光合作用速率将随之提高
B.景天科植物参与卡尔文循环的CO2就是来源于苹果酸的分解
C.白天景天科植物叶肉细胞内苹果酸的含量和葡萄糖的含量可能呈正相关
D.由景天科植物特殊的CO2固定方式推测其可能生活在高温干旱地区
【答案】 D
【解析】 A、由题意可知,白天适当提高CO2浓度,景天科植物的光合作用速率不会提高,因为此时叶肉细胞的气孔是关闭的,A错误;
B、景天科植物参与卡尔文循环的CO2除了来源于苹果酸的分解外,还有呼吸作用产生的CO2,B错误;
C、白天景天科植物叶肉细胞内苹果酸会通过脱羧作用形成CO2参与光合作用,进而合成葡萄糖,显然白天苹果酸的含量和葡萄糖的含量呈负相关,C错误;
D、由景天科植物特殊的CO2固定方式推测其可能生活在高温干旱地区,因为气孔白天关闭正好应对了高温干旱的环境,避免了水分大量蒸发,同时其固定CO2的机制也保证了光合作用的正常进行,D正确。
故选D。
4.根据光合作用中CO2的固定方式不同,可将植物分为C3植物和C4植物等类型。在适宜温度、水分和一定的光照强度下,测得两类植物CO2的吸收速率随大气CO2浓度变化的情况,绘制成如图所示的曲线(CO2补偿点时的光合速率与呼吸速率相等)。下列有关叙述正确的是( )
A.在大气CO2浓度达到补偿点后,C3植物和C4植物开始进行光合作用
B.在大气CO2浓度达到饱和点后,限制C4植物光合速率的主要环境因素是光照强度
C.图中两条曲线的交叉点代表此时C3植物和C4植物光合作用制造的有机物一样多
D.干旱会导致气孔开度减小,在同等程度干旱条件下,C3植物比C4植物生长得会更好
【答案】 B
【解析】 A、在大气CO2浓度达到补偿点前,C3植物和C4植物已经开始了光合作用,A错误;
B、图中曲线是在最适温度测得,则在大气CO2浓度达到饱和点后,限制C4植物光合速率的主要环境因素是光照强度,B正确;
C、图中两条曲线的交叉点代表此时C3植物和C4植物光合作用积累的有机物一样多,C错误;
D、由图可知,在低CO2浓度的情况下,C4植物净光合速率大于C3植物,则在同等程度干旱条件下,C4植物比C3植物生长的好,D错误。
故选B。
5.(2025·泉州质检)景天科植物多生长于沙漠等炎热地区,其特殊的CO2固定方式为景天酸代谢途径(CAM),景天科植物夜晚开放气孔吸收CO2,经过磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)的催化作用,与磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)发生化学反应生成草酰乙酸(OAA),OAA经过苹果酸脱氢酶的催化作用,进一步被还原为苹果酸,转移到液泡中进行贮存。白天,液泡中积累的苹果酸发生转移,运输到细胞质基质中,CO2被释放,进入叶绿体,进行卡尔文循环生成有机物。关于景天科植物的说法错误的是( )
A.给植物提供14C标记的CO2,14C先后出现在PEP、OAA、苹果酸和有机物中
B.上午10 时,若突然降低外界CO2浓度,叶肉细胞中C3含量短时间内将不会下降
C.在高温、干旱环境中,景天科植物比普通植物适应能力更强
D.将该种植物置于黑暗密闭装置内,装置中CO2的变化速率不能表示呼吸速率
【答案】 A
【解析】 A、具有景天酸代谢途径的植物,晚上气孔开放,14CO2进入细胞后在细胞质基质中与PEP结合生成OAA,然后再转化为苹果酸而被固定。白天苹果酸运出液泡后放出14CO2,14CO2首先与五碳化合物结合生成三碳化合物,随后三碳化合物被还原生成有机物,即14C先后出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中,A错误;
B、景天科植物多生长于沙漠等炎热地区,其特殊的CO2固定方式为景天酸代谢途径(CAM),景天科植物夜晚开放气孔吸收CO2,上午10 时,若突然降低外界CO2浓度,对CAM植物光合作用无影响,故叶肉细胞中C3含量短时间内将不会下降,B正确;
C、具有景天酸代谢途径的植物,气孔白天关闭,可以减少蒸腾作用,夜晚气孔张开吸收二氧化碳,贮存在液泡中,到了白天再释放出来进行光合作用,而普通植物没有这一途径,在高温、干旱环境中,很难进行光合作用,故高温、干旱环境中景天科植物比普通植物适应能力更强,C正确;
D、该种植物置于黑暗密闭装置内,植物的气孔打开,吸收外界的CO2,装置中CO2的变化速率表示呼吸速率产生的CO2和从外界吸收的CO2的总和,因此,将该种植物置于黑暗密闭装置内,装置中CO2的变化速率不能表示呼吸速率,D正确。
故选A。
二、选择题:每小题给出的四个选项中有一个或多个符合题目要求。
6.高温干旱环境中生长的景天科植物,黑暗条件下气孔打开,吸收CO2生成苹果酸并储存在液泡中,白天气孔关闭,苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用。为验证仙人掌在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式,取生长状态相同的仙人掌若干株随机均分为两组,在相同且适宜条件下进行不同处理,下列分析错误的是( )
A.一组在湿度适宜的环境培养,另一组在干旱环境中培养
B.干旱环境中,黑暗条件下液泡中因储存较多苹果酸,使细胞液pH下降
C.分别测定两组仙人掌夜晚同一时间液泡中的pH,并计算每组平均值
D.预期湿度适宜组的pH平均值低于干旱处理组的pH平均值
【答案】 D
【解析】 A、本实验是为了验证仙人掌在干旱环境中存在的特殊的CO2固定方式,因此需要把干旱和湿度适宜的环境中CO2的固定方式进行对比,A正确;
B、干旱时,黑暗条件下苹果酸在液泡中储存,使细胞液pH下降,B正确;
C、景天科植物,独特的吸收CO2固定方式是夜间吸收CO2生成苹果酸并储存在液泡中,白天气孔关闭,苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用,因此需要通过测定仙人掌夜晚同一时间液泡中的pH,以此来确定仙人掌是否真的存在特殊的CO2固定方式,C正确;
D、干旱环境中,黑暗条件下液泡中因储存较多苹果酸,使pH下降,所以,预期湿度适宜组的pH平均值会高于干旱处理组,D错误。
故选D。
7.根据光合作用中CO2的固定方式不同,可将植物分为C3植物和C4植物等类型。玉米为C4植物,玉米叶肉细胞的叶绿体含有基粒,维管束鞘细胞的叶绿体无基粒,如图是玉米利用CO2的途径。小麦叶肉细胞没有酶1催化生成C4的过程,称为C3植物,已知C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。下列说法正确的是( )
A.检测玉米光合产物淀粉的产生场所应选择维管束鞘细胞的叶绿体
B.酶1、酶2都能固定CO2,但是酶1固定CO2的能力比酶2更弱
C.把长势相同的玉米和小麦在同等干旱条件下培养,玉米生长得更好
D.玉米和小麦的所有叶绿体都能进行光反应过程
【答案】 AC
【解析】 A、由图可知,在维管束鞘细胞的叶绿体中产生(CH2O),淀粉形成的场所是维管束鞘细胞,因此检测玉米光合产物淀粉的产生场所应选择维管束鞘细胞的叶绿体,A正确;
B、酶1、酶2都能固定CO2,酶1(PEP酶)的活性较高,固定二氧化碳能力更强,能利用较低浓度的二氧化碳,故酶1固定CO2的能力比酶2更强,B错误;
C、玉米是C4植物,酶1对CO2的亲和力远大于酶2,夏季晴朗的白天中午,高温干旱会使玉米和小麦大量蒸发失水而出现气孔关闭,使CO2供应受阻,玉米叶肉细胞中酶1可固定低浓度的CO2,转移到维管束鞘细胞的叶绿体中,使光合作用继续进行;而小麦叶绿体中酶2不能利用低浓度的CO2,导致光合作用下降,C正确;
D、许多类囊体像圆盘一样叠在一起,称为叶绿体基粒,类囊体(基粒)是进行光合作用的光反应的场所,玉米叶肉细胞的叶绿体含有基粒,维管束鞘细胞的叶绿体无基粒,因此,玉米维管束鞘细胞不能进行光反应过程,D错误。
故选AC。
三、非选择题
8.景天科植物八宝景天存在特殊的CO2固定方式,称为景天酸代谢途径(CAM)。八宝景天夜晚O2气孔开放,通过一系列反应将CO2固定于苹果酸,并储存在液泡中;白天气孔关闭,苹果酸运出液泡后放出CO2,供暗反应利用,过程如图所示。回答下列问题:
(1)夜晚CO2固定于苹果酸的过程属于_______(填“吸能”或“放能”)反应。④过程需要的能量物质____________在____________(场所)产生。
(2)白天八宝景天叶肉细胞进行光合作用所需的CO2由__________________释放。从进化角度分析八宝景天气孔开闭的特点是___________的结果。
(3)在电子显微镜下观察,可看到叶绿体内部有一些颗粒,它们被看作叶绿体的“脂质仓库”,这些颗粒随叶绿体的生长体积逐渐变小,可能的原因是______________________________,请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在,简要写出实验思路。_______________________________________________________________。
【答案】 (1)吸能 ATP、NADPH (叶绿体)类囊体薄膜
(2)苹果酸及细胞呼吸 自然选择
(3)颗粒中的脂质参与构成叶绿体中的膜结构 将生长状况良好且相同的八宝景天植物叶片分为甲、乙两组,甲组放置在有光条件下,乙组放置在其他环境相同的黑暗条件下,一段时间后,对甲、乙叶片脱色,并用差速离心法提取出甲、乙两组植物叶片中的叶绿体,制作成匀浆,再分别加入碘液,观察颜色的变化
【解析】 (1)据图可知,八宝景天夜晚气孔开放,通过一系列反应将CO2固定于苹果酸,此过程需要NADH分解提供能量,因此推测夜晚CO2固定于苹果酸的过程属于吸能反应。④过程表示C3的还原,此过程需要光反应产生的ATP和NADPH供能和供氢,光反应产生ATP和NADPH的场所是(叶绿体)类囊体薄膜。
(2)据图分析可知,参与卡尔文循环的CO2直接来源于苹果酸的分解,同时细胞呼吸作用产生的 CO2也作为卡尔文循环的直接来源。八宝景天气孔开闭的特点是适应干旱环境的方式,这种特点的形成是自然选择的结果。
(3)脂质减少时叶绿体生长,叶绿体膜主要由磷脂双分子层和蛋白质组成,所以可能脂质参与叶绿体中的膜结构的组成。淀粉能与碘液反应呈蓝色,叶绿体是光合作用的场所,叶绿体进行光合作用需要光,因此证明叶绿体中有淀粉存在,实验思路为将生长状况良好且相同的八宝景天植物叶片分为甲、乙两组,甲组放置在有光条件下,乙组放置在其他环境相同的黑暗条件下,一段时间后,对甲、乙叶片脱色,并用差速离心法提取出甲、乙两组植物叶片中的叶绿体,制作成匀浆,再分别加入碘液,观察颜色的变化。
9.玉米的CO2固定方式与小麦不同,其通过气孔吸收CO2在叶肉细胞叶绿体中PEP羧化酶(该酶能催化较低浓度的CO2与PEP即一种C3化合物反应,比卡尔文循环固定CO2的酶能力约强60倍)作用下生成C4(草酰乙酸),C4经转化酶催化转化为苹果酸进入维管束鞘细胞后经脱羧酶催化脱羧释放CO2,然后进行与小麦相同的CO2同化过程(即卡尔文循环),如下图1所示;图2为玉米和小麦真正光合速率随外界CO2浓度变化而变化的曲线图;图3为炎热、干旱环境下玉米和小麦净光合速率随时间变化而变化的曲线图。请回答下列问题。
(1)玉米和小麦对CO2的利用,均在___________(填细胞器名称)中进行,玉米细胞内CO2的受体是__________,玉米维管束鞘细胞进行光合作用时需要叶肉细胞提供ATP和NADPH,推测其维管束鞘细胞________________(填“无叶绿体”“有无基粒的叶绿体”或“有完整的叶绿体”),维管束内有筛管,可以运输维管束鞘细胞内合成的蔗糖到植物各处。
(2)图2中表示小麦的曲线是__________,图3中表示玉米的曲线是__________。
(3)某团队利用基因工程技术,将PEP羧化酶基因导入小麦中,检测到转基因小麦叶肉细胞内有较高含量且活性高的PEP羧化酶,将转基因小麦与野生型小麦在低浓度CO2条件下进行光合作用强度对照实验,结果发现两者的光合作用强度无明显差异,参考玉米同化CO2的途径分析,不能提高转基因小麦光合作用强度的原因可能是_______________________________________________(合理即可)。
【答案】 (1)叶绿体 C3(PEP)和C5 有无基粒的叶绿体
(2)B C
(3)转基因小麦叶肉细胞内缺乏PEP(C3),不能将CO2固定为C4;缺乏转化酶,不能将C4转化为苹果酸;缺乏脱羧酶,不能将苹果酸脱羧释放CO2
【解析】 (1)CO2被利用的过程是光合作用的暗反应过程,植物进行光合作用的场所是叶绿体,因此玉米和小麦对CO2的利用,均在叶绿体中进行。玉米有C4和C3两条途径固定CO2,C4途径CO2的受体是C3,C3途径CO2的受体是C5,玉米维管束鞘细胞叶绿体不进行光反应,因此玉米维管束鞘细胞含无基粒的叶绿体。
(2)小麦固定CO2的能力比玉米弱,因此能发生光合作用所需的最低CO2浓度比玉米高,横坐标光合作用刚开始时要靠右,因此B表示小麦。
炎热、干旱环境下,中午时刻C3植物和C4植物的气孔开度均小,外界CO2进入叶肉细胞均减少(由于两者的净光合速率在中午时都大于0,因此都需要从外界吸收CO2),而玉米能借助PEP羧化酶固定低浓度的CO2从叶肉细胞“泵入”维管束鞘细胞,使其在中午不减弱光合速率;玉米维管束鞘细胞中催化固定CO2的酶与小麦叶肉细胞中催化固定CO2的酶是一样的,玉米固定能力强的酶是PEP羧化酶,该酶分布在玉米的叶肉细胞内,即玉米在正午时分不会出现午休现象,所以代表玉米的曲线是C。
(3)某团队利用基因工程技术,将PEP羧化酶基因导入小麦中,检测到转基因小麦叶肉细胞内有较高含量且活性高的PEP羧化酶,将转基因小麦与野生型小麦在低浓度CO2条件下进行光合作用强度对照实验,结果发现两者的光合作用强度无明显差异,推测可能是转基因小麦叶肉细胞内可能缺乏PEP(C3),不能将CO2固定为C4;第二种可能是能生成C4,缺乏转化酶,C4不能转化为苹果酸;第三种可能是能转化产生苹果酸,但苹果酸不能脱羧释放CO2。
10.生活在干旱地区的植物甲具有特殊的CO2固定方式。植物甲晚上气孔打开吸收CO2,利用吸收的CO2生成苹果酸后储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧后释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题:
(1)植物甲气孔白天关闭,通过防止____________________________来适应干旱环境。白天时,植物甲光合作用消耗的CO2的来源是______________________________________(答出两点),此时叶肉细胞产生ATP的场所有_________________。
(2)夜晚的植物甲________(填“能”或“不能”)进行光合作用的暗反应,原因是__________________________________________。
(3)将植物甲放在干旱的环境条件下培养一段时间,分别在白天和晚上测定植物甲液泡内的pH。相对于晚上,白天植物甲的液泡pH较_________。
(4)干旱胁迫时有些植物会出现将光合产物更多地分配给根,从而促进根生长的现象。研究人员进一步利用14CO2研究干旱胁迫对植物甲光合产物分配的影响,研究结果如下图所示,请根据实验结果写出研究人员进行该项研究的实验设计思路:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【答案】 (1)蒸腾作用丢失大量水分 呼吸作用产生的CO2和液泡中储存的苹果酸脱羧后释放的CO2 细胞质基质、线粒体、叶绿体(类囊体薄膜)
(2)不能 夜晚没有光照,不能进行光反应,不能为暗反应提供NADPH和ATP
(3)高(或大)
(4)将若干长势一致且良好的植物甲幼苗随机均分成两组;对照组正常供水、实验组进行干旱处理,两组都只给予14CO2,除水分外其他培养条件适宜且一致;一段时间后,检测细根、幼叶和茎尖部位的14C在全株中占比情况
【解析】 (1)植物甲生活在干旱地区,植物甲气孔白天关闭,通过防止蒸腾作用丢失大量水分来适应干旱环境。白天时,植物甲光合作用消耗的CO2的来源是呼吸作用产生的CO2和液泡中储存的苹果酸脱羧后释放的CO2,此时叶肉细胞既能进行呼吸作用也能进行光反应,故产生ATP的场所为细胞质基质、线粒体、叶绿体(类囊体薄膜)。
(2)夜晚的植物甲不能进行光合作用的暗反应,原因是夜晚没有光照,不能进行光反应,不能为暗反应提供NADPH和ATP。
(3)将植物甲放在干旱的环境条件下培养一段时间,分别在白天和晚上测定植物甲液泡内的
pH,白天苹果酸分解,酸性降低,PH增大,晚上合成苹果酸,PH减小,故相对于晚上,白天植物甲的液泡pH较高(或大)。
(4)干旱胁迫时有些植物会出现将光合产物更多地分配给根,从而促进根生长的现象,自变量为干旱与否,研究人员进一步利用14CO2研究干旱胁迫对植物甲光合产物分配的影响,实验思路为:将若干长势一致且良好的植物甲幼苗随机均分成两组;对照组正常供水、实验组进行干旱处理,两组都只给予14CO2,除水分外其他培养条件适宜且一致;一段时间后,检测细根、幼叶和茎尖部位的14C在全株中占比情况。
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