SHENGWUXUE光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代謝類型題型1

C4植物和C3植物[認知覺醒]

(2023·湖南卷，17)下圖是水稻和玉米的光合作用暗反應示意圖。卡爾文循環的Rubisco酶對CO2的Km為450μmol·L－1(Km越小，酶對底物的親和力越大)，該酶既可催化RuBP與CO2反應，進行卡爾文循環，又可催化RuBP與O2反應，進行光呼吸(綠色植物在光照下消耗O2并釋放CO2的反應)。該酶的酶促反應方向受CO2和O2相對濃度的影響。與水稻相比，玉米葉肉細胞緊密圍繞維管束鞘，其中葉肉細胞葉綠體是水光解的主要場所，維管束鞘細胞的葉綠體主要與ATP生成有關。玉米的暗反應先在葉肉細胞中利用PEPC酶(PEPC對CO2的Km為7μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)與CO2反應生成C4，固定產物C4轉運到維管束鞘細胞后釋放CO2，再進行卡爾文循環。回答下列問題：(1)玉米的卡爾文循環中笫一個光合還原產物是_________________(填具體名稱)，該產物跨葉綠體膜轉運到細胞質基質合成_____________(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通過________________________________長距離運輸到其他組織器官。3－磷酸甘油醛蔗糖韌皮部(或篩管或韌皮部中的篩管)(2)在干旱、高光照強度環境下，玉米的光合作用強度________(填“高于”或“低于”)水稻。從光合作用機制及其調控分析，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三點即可)。高于玉米PEPC對CO2的親和力大，利用低濃度CO2能力強；維管束鞘細胞中O2含量低，光呼吸弱；玉米葉肉細胞中的PEP與CO2反應生成C4，C4進入維管束鞘細胞后釋放CO2，使CO2得到濃縮，保障了暗反應的進行(3)某研究將藍細菌的CO2濃縮機制導入水稻，水稻葉綠體中CO2濃度大幅提升，其他生理代謝不受影響，但在光飽和條件下水稻的光合作用強度無明顯變化。其原因可能是_________________________________________________________________________________________(答出三點即可)。水稻的光反應強度不再增加；葉綠體內固定CO2的Rubisco酶的量有限；同化產物轉運能力不強思維升華(1)C3植物和C4植物的含義根據光合作用碳元素同化的最初光合產物(三碳化合物、四碳化合物)的不同，把高等植物分成C3、C4植物兩類，常見的C4植物有甘蔗、玉米、高粱等。(2)光合作用C4途徑產生的原因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(對CO2有很強的親和力)，可把大氣中含量很低的CO2以C4的形式固定下來。(3)C3和C4植物光合用途徑的比較項目CO2受體CO2固定后產物CO2固定場所光反應場所暗反應場所C3植物RuBP(C5)PGA(C3)葉肉細胞葉綠體葉肉細胞葉綠體基粒葉肉細胞葉綠體基質C4植物PEP(C3)RuBP(C5)OAA(C4)PGA(C3)葉肉細胞細胞質基質、維管束鞘細胞葉綠體葉肉細胞葉綠體基粒維管束鞘細胞葉綠體基質題型2景天科植物(CAM植物)[認知覺醒]

(2021·全國乙卷，29)生活在干旱地區的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用。回答下列問題：(1)白天葉肉細胞產生ATP的場所有__________________________________。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和____________釋放的CO2。(2)氣孔白天關閉、晚上打開是這類植物適應干旱環境的一種方式，這種方式既能防止______________________________，又能保證____________正常進行。葉綠體、細胞質基質、線粒體細胞呼吸蒸騰作用過強導致植物過度失水光合作用(3)若以pH作為檢測指標，請設計實驗來驗證植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡要寫出實驗思路和預期結果)____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________實驗思路：取若干長勢相同的植物甲，平均分為A、B兩組；將A組置于干旱條件下培養，B組置于水分充足的條件下培養，其他條件相同且適宜；一段時間后，分別測定兩組植物甲白天和夜晚液泡中的pH。預期結果：B組液泡中的pH白天和夜晚無明顯變化，A組液泡中的pH夜晚明顯低于白天。思維升華(1)CAM途徑的含義景天科植物夜間將吸收的CO2固定在蘋果酸(C4)中，白天蘋果酸分解釋放CO2參與光合作用的過程。(2)CAM途徑過程圖解(3)CAM途徑的意義白天氣孔關閉，減少蒸騰作用，保持植物體內水分并分解蘋果酸產生CO2進行光合作用；夜晚開放氣孔，吸收光合作用所需的CO2，使植物適應高溫干旱環境。題型3光呼吸[認知覺醒]

(2025·遼寧大連模擬)植物體在進化過程中產生了一種具有雙功能的RuBP羧化/加氧酶，CO2和O2競爭性地與之結合，當CO2濃度高時，該酶催化C5與CO2形成兩分子C3(3－磷酸甘油酸)，進入暗反應；當O2濃度高時，該酶催化C5與O2形成一分子C3和一分子C2(乙醇酸)，其中C3進入暗反應，而C2離開葉綠體進入光呼吸，反應機理如圖所示，下列相關敘述錯誤的是(

)BA.植物體光呼吸的形成可能與RuBP羧化/加氧酶的空間結構有關B.植物體光呼吸使得C5中的碳都以CO2的形式散失，明顯減少了光合產物的形成C.強光下，光呼吸加強，可消耗光反應中積累的ATP、NADPH，從而減輕對葉綠體的傷害D.植物體光呼吸可保證CO2不足時，暗反應仍能正常進行思維升華(1)光呼吸的實質①條件：光照、高O2、低CO2。②物質變化：消耗O2，生成CO2。③能量變化：損耗能量的副反應。(2)光呼吸過程圖解(3)光呼吸與一般有氧呼吸的比較項目光呼吸一般有氧呼吸與光的關系只在光下進行光下、黑暗中都可進行反應條件光照、高O2、低CO2環境O2底物C5和O2通常是葡萄糖、H2O和O2產物CO2CO2和水發生部位葉綠體、線粒體細胞質基質、線粒體(4)光呼吸產生的原因①內因：Rubisco是一種兼性酶，具有催化羧化反應(C5＋CO2→2C3)和加氧反應(C5＋O2→C3＋C2)兩種功能。②外因：高O2環境下，光呼吸會明顯加強，而提高CO2濃度可明顯抑制光呼吸。題型4光抑制[認知覺醒]

(2024·重慶卷，18)重慶石柱是我國著名傳統中藥黃連的主產區之一，黃連生長緩慢，存在明顯的光飽和(光合速率不再隨光強增加而增加)和光抑制(光能過剩導致光合速率降低)現象。(1)探尋提高黃連產量的技術措施，研究人員對黃連的光合特征進行了研究，結果見圖1。①黃連的光飽和點約為________μmol·m－2·s－1。光強大于1300μmol·m－2·s－1后，胞間二氧化碳濃度增加主要是由于______________________________________________________。②推測光強對黃連生長的影響主要表現為_______________________________________________________________________。黃連葉片適應弱光的特征有_____________________________________________________________________(答2點)。500光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳減少，且氣孔導度增加黃連在弱光條件下，隨光強增加生長快速達到最大，光照過強其生長受到抑制葉片較薄，葉綠素較多(葉色深綠，葉綠體顆粒較大，葉綠體類囊體薄膜面積更大)(2)黃連露天栽培易發生光抑制，嚴重時其光合結構被破壞(主要受損的部位是位于類囊體薄膜上的色素蛋白復合體)，為減輕光抑制，黃連能采取調節光能在葉片上各去向(題圖2)的比例，