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1、 高考揭秘高考揭秘 植物生理是高中生物知识体系的核心内容，是历年高考命题的重中之重。植物生理是高中生物知识体系的核心内容，是历年高考命题的重中之重。无论选择还是非选择，所设计知识点考查频率均较大，尤其是对光合作用无论选择还是非选择，所设计知识点考查频率均较大，尤其是对光合作用和呼吸作用的考察，和呼吸作用的考察，对两个重要生理过程的发生场所、产物、影响因素、对两个重要生理过程的发生场所、产物、影响因素、相互联系以及有关计算等进行全方位的考查。相互联系以及有关计算等进行全方位的考查。考查形式灵活多变：考查形式灵活多变：分析光合作用和细胞呼吸的分析光合作用和细胞呼吸的关系以及它们的结构基础关系以及它
2、们的结构基础 以图或表为形式以图或表为形式、考察、考察光合作用光合作用补偿点和饱和点等补偿点和饱和点等核心知识核心知识和变式和变式 以生产实践以生产实践为情境，探究为情境，探究气孔、逆境和植物激素等因素气孔、逆境和植物激素等因素对植物的影响对植物的影响 结合环境治理等背景，探究结合环境治理等背景，探究C4C4植物，植物，CAMCAM植物和光呼吸植物和光呼吸等内容等内容(题目主要来源：题目主要来源：2019-20222019-2022年山东、湖南、湖北、河北、北京、广东卷年山东、湖南、湖北、河北、北京、广东卷)专题一：植物生理专题（光合呼吸，专题一：植物生理专题（光合呼吸，逆境胁迫、植物激素调节
3、逆境胁迫、植物激素调节）专题一：植物生理专题（光合呼吸，专题一：植物生理专题（光合呼吸，逆境胁迫、植物激素调节逆境胁迫、植物激素调节）第第4 4讲：讲：C4C4、景天科植物和光呼吸、景天科植物和光呼吸考法考法1 C41 C4植物的光合作用是植物的光合作用是位置位置的分工合作的分工合作考法考法2 CAM2 CAM植物的光合作用是植物的光合作用是时间时间的分工的分工考法考法3 3 光呼吸及其意义光呼吸及其意义 总览总览 自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中COCO2 2的固定途径不同的固定途径不同可以分为可以分为C C3 3、C C4 4和和CAMC
4、AM三种类型。三种类型。平时的题目默认平时的题目默认C C3 3途径：途径：也称卡尔文循环，整个循环由也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(CRuBP(C5 5)与与COCO2 2的羧的羧化开始到化开始到RuBP(CRuBP(C5 5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见种有机物。常见C C3 3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。1 1.C C4 4植物和植物和C3C3植物的结构：植物的结构：研究玉米的叶片结构发现，研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶
5、肉细胞紧密排列玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如右图如右图)。维管束鞘细胞维管束鞘细胞叶肉细胞叶肉细胞考法考法1 C41 C4植物的光合作用是位置的分工合作植物的光合作用是位置的分工合作2 2.C C4 4植物的光合作用过程：植物的光合作用过程：位置的分工位置的分工 ！叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，COCO2 2被整合到被整合到C C4 4化合化合物中，随后物中，随后C C4 4化合物进入维管束鞘细胞化合物进入维管束鞘细胞 PEPPEP羧化酶被形象地称为羧化酶被形象地称为“CO“CO2 2泵泵”，PEPPEP羧化酶与羧化酶与C
6、O2CO2的亲和力是的亲和力是RubiscoRubisco酶的酶的6060倍倍!(!(与当地环境相适应，猜测与当地环境相适应，猜测C4C4植物一般什么环境？植物一般什么环境？)考法考法1 C41 C4植物的光合作用是位置的分工合作植物的光合作用是位置的分工合作2 2.C C4 4植物的光合作用过程：植物的光合作用过程：位置的分工位置的分工 ！维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C C4 4化合物释放化合物释放出的出的COCO2 2参与卡尔文循环，进而生成有机物。参与卡尔文循环，进而生成有机物。考法考法1 C41 C4植物的光合作用
7、是位置的分工合作植物的光合作用是位置的分工合作3.3.C4C4植物的光合午休很小植物的光合午休很小，请思考原因：，请思考原因：气孔关闭时，气孔关闭时，高效的高效的PEPPEP羧化酶羧化酶仍然仍然能够利用极低浓度的能够利用极低浓度的CO2CO2。玉米已先通过玉米已先通过C C4 4途径把途径把COCO2 2储存起来形成储存起来形成C4C4，气孔关闭时，气孔关闭时，C4C4分解产生分解产生CO2CO2，用于光合作用，所以气孔关闭对玉米影响不大，用于光合作用，所以气孔关闭对玉米影响不大考法考法1 C41 C4植物的光合作用是位置的分工合作植物的光合作用是位置的分工合作20222022广广东东高高三三
8、期期中中 玉玉米米叶叶肉肉细细胞胞能能将将COCO2 2传传递递给给维维管管束束鞘鞘细细胞胞进进行行卡尔文循环。请据图回答下列问题：卡尔文循环。请据图回答下列问题：1)1)玉玉米米光光合合作作用用光光反反应应的的场场所所是是_，依依据据结结构构决定决定功能，据图分析最可能的原因是功能，据图分析最可能的原因是_。叶肉细胞中的叶绿体叶肉细胞中的叶绿体叶肉细胞中的叶绿体有类囊体薄膜，可进行光反应；叶肉细胞中的叶绿体有类囊体薄膜，可进行光反应；维管束鞘细胞中的叶绿体没有类囊体薄膜，不能进行光反应维管束鞘细胞中的叶绿体没有类囊体薄膜，不能进行光反应大豆大豆密闭密闭大棚中，随植物光合作用的进行，大棚中，随
9、植物光合作用的进行，COCO2 2浓度下降，浓度下降，当当COCO2 2浓度下降到一定程度时，由于不能利用低浓度浓度下降到一定程度时，由于不能利用低浓度COCO2 2，大豆光合作用受抑制，玉米中的大豆光合作用受抑制，玉米中的PEPPEP可利用低浓度可利用低浓度COCO2 22)2)某某农农业业大大棚棚中中同同时时种种植植玉玉米米与与大大豆豆，由由于于工工作作人人员员工工作作失失误误，未未及及时时通通风风导导致致大大棚棚中中COCO2 2浓浓度度降降低低，_ _(填填“玉玉米米”或或“大大豆豆”)的的生生长长受受影影响响更更大大，判判断断的的理理由由是是_3)3)若若从从玉玉米米叶叶肉肉细细胞胞
10、中中提提取取叶叶绿绿体体，置置于于明明暗暗交交替替进进行行的的环环境境中中，发发现现NADPHNADPH的的含含量量在在一一段段时时间间内内上上升升，请请结结合合题题干干信信息息分分析析，该该变变化化趋趋势势的的原因是原因是_玉米叶肉细胞中的叶绿体玉米叶肉细胞中的叶绿体在有光时，可进行光反应产生在有光时，可进行光反应产生NADPHNADPH，而与暗反应有关的酶主要位于维管束鞘细胞的叶绿体中，而与暗反应有关的酶主要位于维管束鞘细胞的叶绿体中，暗处理时，不进行暗反应消耗暗处理时，不进行暗反应消耗NADPHNADPH，含量上升，含量上升4)4)某生物兴趣小组在野外发现了一某生物兴趣小组在野外发现了一
11、植物，利用本题所涉及的原理，通植物，利用本题所涉及的原理，通过显微镜观察的方法，判断该植物过显微镜观察的方法，判断该植物是是C C4 4植物，还是植物，还是C C3 3植物，请写出具体植物，请写出具体的实验步骤、实验结果及结论。的实验步骤、实验结果及结论。将该植物放置在适宜光照条件下一段时间，将该植物放置在适宜光照条件下一段时间，分别分离出叶肉细胞、维管束鞘细胞，将这两种细胞分别用碘液染色后，分别分离出叶肉细胞、维管束鞘细胞，将这两种细胞分别用碘液染色后，制成临时装片，放置在显微镜下观察细胞的颜色。制成临时装片，放置在显微镜下观察细胞的颜色。若叶肉细胞变蓝，则该植物为若叶肉细胞变蓝，则该植物为
12、C C3 3植物；植物；若维管束鞘细胞变蓝，则该植物为若维管束鞘细胞变蓝，则该植物为C C4 4植物植物考法考法2 2 景天科植物的光合作用是时间的分工合作景天科植物的光合作用是时间的分工合作1.1.景天科植物概述景天科植物概述景天科植物景天科植物也也是典型的旱生植物是典型的旱生植物，表皮有腊质粉，表皮有腊质粉，气孔下陷，可减少蒸腾，无性繁殖力强，所谓采叶气孔下陷，可减少蒸腾，无性繁殖力强，所谓采叶即能种植生根。即能种植生根。景天科植物矮小抗风，不需要大量水肥，景天科植物矮小抗风，不需要大量水肥，常见的常见的CAMCAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人
13、掌等。2.2.景天科植物的景天科植物的CAMCAM途径：途径：CAMCAM植物夜间吸进植物夜间吸进COCO2 2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)(PEP)，在磷，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，COCO2 2与与PEPPEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。为苹果酸储存在液泡中。从而表现出夜间淀粉减少，从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加苹果酸增加，细胞液，细胞液pHpH下降下降。考法考法2 2 景天科植物的光合作用是时间的分工合作景天科植物的光合作用是时间的分工合作2.2.
14、景天科植物的景天科植物的CAMCAM途径：途径：白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出COCO2 2，进入，进入C C3 3途径合成途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEPPEP再还原成三碳糖，最后合成淀粉再还原成三碳糖，最后合成淀粉（或者转移到线（或者转移到线粒体，进一步氧化释放粒体，进一步氧化释放COCO2 2，又可进入，又可进入C C3 3途径。）途径。）从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pHpH上升。上升。考法考法2 2 景天科植物的光合作用是时间的分工合作景天
15、科植物的光合作用是时间的分工合作 归纳总结归纳总结 C C3 3植物、植物、C C4 4植物和植物和CAMCAM植物的比较植物的比较特征特征C C3 3植物植物C C4 4植物植物CAMCAM植物植物与与COCO2 2结合的物质结合的物质RuBP(CRuBP(C5 5)PEPPEPPEPPEPCOCO2 2固定的最初产物固定的最初产物C C3 3C C4 4草酰乙酸草酰乙酸(属于属于C4C4)COCO2 2固定的时间固定的时间白天白天白天白天夜晚和白天夜晚和白天光反应的场所光反应的场所叶肉细胞类囊叶肉细胞类囊体薄膜体薄膜叶肉细胞类囊体薄叶肉细胞类囊体薄膜膜叶肉细胞类囊体薄叶肉细胞类囊体薄膜膜
16、归纳总结归纳总结 C C3 3植物、植物、C C4 4植物和植物和CAMCAM植物的比较植物的比较特征特征C C3 3植物植物C C4 4植物植物CAMCAM植物植物卡尔文循环的场所卡尔文循环的场所叶肉细胞的叶叶肉细胞的叶绿体基质绿体基质维管束鞘细胞的叶维管束鞘细胞的叶绿体基质绿体基质叶肉细胞的叶绿体叶肉细胞的叶绿体基质基质有无光合午休有无光合午休有有无无无无光呼吸情况光呼吸情况有有？C C3 3途径是碳同化的基本途径，途径是碳同化的基本途径，C C4 4途径和途径和CAMCAM途径都只起固定途径都只起固定COCO2 2的作用，的作用，最终还是通过最终还是通过C C3 3途径合成有机物。途径合
17、成有机物。20212021全国乙卷全国乙卷 生活在干旱地区的一些植物生活在干旱地区的一些植物(以以植物甲为例植物甲为例)具有特殊的具有特殊的COCO2 2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收COCO2 2，吸收的，吸收的COCO2 2通过生成苹果酸储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COCO2 2可用于光可用于光合作用。回答下列问题：合作用。回答下列问题：(1)(1)白天叶肉细胞产生白天叶肉细胞产生ATPATP的场所有的场所有_。光合作用所需的光合作用所需的COCO2 2来
18、源于苹果酸脱羧和来源于苹果酸脱羧和_释放的释放的COCO2 2。(2)(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，这种方式既能防止式既能防止_，又能保证，又能保证_正常进行。正常进行。(3)(3)若以若以pHpH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特殊的COCO2 2固定方式。固定方式。(简要写出实验思路和预期结果简要写出实验思路和预期结果)叶绿体、细胞质基质、线粒体叶绿体、细胞质基质、线粒体呼吸作用呼吸作用蒸腾作用过强导致植物失水蒸
19、腾作用过强导致植物失水光合作用光合作用20212021全国乙卷全国乙卷 生活在干旱地区的一些植物生活在干旱地区的一些植物(以以植物甲为例植物甲为例)具有特殊具有特殊的的COCO2 2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收COCO2 2，吸收的，吸收的COCO2 2通过生成苹果酸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COCO2 2可用于可用于光合作用。回答下列问题：光合作用。回答下列问题：3)3)若以若以pHpH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作为检测指标
20、，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的特殊的COCO2 2固定方式。固定方式。(简要写出实验思路和预期结果简要写出实验思路和预期结果)实验思路：实验思路：植物甲在干旱的环境条件下植物甲在干旱的环境条件下(其他条件适宜其他条件适宜)培养一段时间，分别在白天和培养一段时间，分别在白天和晚上测定植物甲液泡内的晚上测定植物甲液泡内的pHpH，统计分析实验数据。，统计分析实验数据。预测结果：预测结果：晚上的晚上的pHpH明显低于白天。明显低于白天。20212021湖南模拟湖南模拟 CAMCAM植物是具植物是具景天酸代谢途径的植物，多为景天酸代谢途径的植物，多为多浆液植物。其气孔在夜间开放多浆
21、液植物。其气孔在夜间开放吸收吸收COCO2 2，然后借助，然后借助PEPPEP羧化酶羧化酶与与PEPPEP结合，形成结合，形成OAA(OAA(草酰乙酸草酰乙酸)，再在苹果酸脱氢酶的作用下还原再在苹果酸脱氢酶的作用下还原成苹果酸，并进入液泡。第二天光照后，气孔关闭，但前一晚形成的苹果成苹果酸，并进入液泡。第二天光照后，气孔关闭，但前一晚形成的苹果酸从液泡中转运回细胞质并经脱酸后形成酸从液泡中转运回细胞质并经脱酸后形成COCO2 2参与卡尔文循环。其具体过程参与卡尔文循环。其具体过程如图所示。据图分析，下列相关说法错误的是如图所示。据图分析，下列相关说法错误的是()A A.夜间，夜间，CAMCAM
22、植物细胞液泡的植物细胞液泡的pHpH会下降会下降B B.图中图中C C是丙酮酸，是丙酮酸，RuBPRuBP存在于叶绿体的类囊体薄膜上存在于叶绿体的类囊体薄膜上C C.CAMCAM植物细胞白天产生植物细胞白天产生COCO2 2的具体部位是细胞质基质和线粒体的具体部位是细胞质基质和线粒体D D.CAMCAM植物这一特性，使它们更能在干旱、炎热的生态条件下生存和生长植物这一特性，使它们更能在干旱、炎热的生态条件下生存和生长B B 变式变式 仙人掌生长在高温、干旱的环境中，形成了一定的适应性特征。下仙人掌生长在高温、干旱的环境中，形成了一定的适应性特征。下图表示仙人掌在图表示仙人掌在24 h24 h内
23、，光合作用和气孔导度内，光合作用和气孔导度(气孔张开程度气孔张开程度)的变化。据图的变化。据图分析，下列描述正确的是分析，下列描述正确的是()A A.白天进行光合作用，夜间进行呼吸作用白天进行光合作用，夜间进行呼吸作用B B.白天蒸腾作用强，散失的水分多于夜间白天蒸腾作用强，散失的水分多于夜间C C.白天可以进行光反应，但不能从外界吸收白天可以进行光反应，但不能从外界吸收COCO2 2D D.夜间同化夜间同化COCO2 2，所以暗反应只在夜间进行，所以暗反应只在夜间进行C C1.1.光呼吸的含义：光呼吸的含义：有人发现，用食醋进行叶面喷雾可以使绿萝生长更加茂盛，原因是在一定有人发现，用食醋进行
24、叶面喷雾可以使绿萝生长更加茂盛，原因是在一定程度上抑制了绿萝程度上抑制了绿萝“光呼吸光呼吸”过程。光呼吸会消耗过程。光呼吸会消耗O O2 2、ATPATP、HH，将部分，将部分C C5 5分解并释放分解并释放COCO2 2（如图）。由此可知，光合作用与光呼吸都利用了（如图）。由此可知，光合作用与光呼吸都利用了_为原料，但光合作用能通过为原料，但光合作用能通过_实现该物质的再生，实现该物质的再生，而光呼吸不能。而光呼吸不能。C C5 5C C3 3的还原的还原考法考法3 3 光呼吸及其意义光呼吸及其意义2.2.光合产物光合产物1/31/3以上要消耗在光呼吸底物上。以上要消耗在光呼吸底物上。如何抑
25、制？如何抑制？研究发现，图研究发现，图2 2中催化中催化、过程的是同一种酶，过程的是同一种酶，COCO2 2和和O O2 2会竞争此酶的同一会竞争此酶的同一活性位点，由此推测，适当活性位点，由此推测，适当降低环境中降低环境中O O2 2浓度浓度或或_，均可有，均可有效抑制光呼吸。效抑制光呼吸。提高提高CO2CO2浓度浓度 常考常考 提高提高CO2CO2浓度为什么可以增产量？浓度为什么可以增产量？暗反应原料暗反应原料 抢夺抢夺RuBPRuBP羧化酶，抑制光呼吸羧化酶，抑制光呼吸 （本质上是一点）（本质上是一点）考法考法3 3 光呼吸及其意义光呼吸及其意义 典例典例 研究发现，绿色植物中研究发现，
26、绿色植物中RuBPRuBP羧化酶具有双重活性，催化如下图所示羧化酶具有双重活性，催化如下图所示的两个方向的反应，反应的相对速率取决于的两个方向的反应，反应的相对速率取决于O O2 2和和COCO2 2的相对浓度。的相对浓度。在叶绿体中，在在叶绿体中，在RuBPRuBP羧化酶催化下羧化酶催化下C C5 5与与_反应，形成的反应，形成的_进入线粒体放出进入线粒体放出COCO2 2，称之为光呼吸。光合产物，称之为光呼吸。光合产物1/31/3以上以上要消耗在光呼吸底物上，据此推测，要消耗在光呼吸底物上，据此推测，COCO2 2浓度倍增可以使光合产物的积累增浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是加，原
27、因是_。高浓度高浓度COCO2 2可结合更多羧化酶，可结合更多羧化酶，可减少光呼吸可减少光呼吸O O2 2二碳化合物二碳化合物(C(C2 2)2 2）有观点指出，光呼吸是一种保护机制，生理作用在于干旱天气和过强光）有观点指出，光呼吸是一种保护机制，生理作用在于干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，供应减供应减少。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的少。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的 _，而光呼吸产生的，而光呼吸产生的_又可以作为暗反应阶段的又可以作为暗反应阶段的原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。原
28、料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。3 3）光呼吸被冠以）光呼吸被冠以“呼吸呼吸”二字，理由是二字，理由是 _ _。COCO2 2 光呼吸过程中消耗光呼吸过程中消耗O O2 2并生成并生成COCO2 2 CO CO2 2NADPHNADPH和和ATPATP比较项目比较项目光呼吸光呼吸细胞呼吸细胞呼吸底物底物C C2 2化合物化合物糖类等有机物糖类等有机物发生部位发生部位叶绿体、线粒体等叶绿体、线粒体等细胞质基质、线粒体细胞质基质、线粒体反应条件反应条件光照光照光或暗都可以光或暗都可以能量能量消耗能量消耗能量产生能量产生能量共同点共同点消耗消耗O O2 2、释放、释放COCO2 23.3.光呼
29、吸与细胞呼吸的比光呼吸与细胞呼吸的比较较考法考法3 3 光呼吸及其意义光呼吸及其意义4.4.总结总结光呼吸光呼吸的的积极生理功能积极生理功能：它使叶片在它使叶片在过强光照或过强光照或干旱干旱的情况下的情况下，光呼吸是高耗能反应，可以消耗掉光呼吸是高耗能反应，可以消耗掉ATPATP和和NADPHNADPH 光呼吸产物是光呼吸产物是CO2CO2，可以弥补，可以弥补CO2CO2不足，维系暗反应，不足，维系暗反应，暗反应也可以消耗掉暗反应也可以消耗掉ATPATP和和NADPHNADPH增加背景：正常光照下体内产生乙醇酸是不可避免的，乙醇酸对细胞有毒增加背景：正常光照下体内产生乙醇酸是不可避免的，乙醇酸
30、对细胞有毒 而光呼吸则可通过消耗乙醇酸而消除其对细胞的毒害。而光呼吸则可通过消耗乙醇酸而消除其对细胞的毒害。考法考法3 3 光呼吸及其意义光呼吸及其意义5.5.C4C4植物的光呼吸很小，植物的光呼吸很小，whywhy？高效的高效的PEPPEP羧化酶能够利用极低浓度的羧化酶能够利用极低浓度的CO2CO2，且花环状的结构使得多个叶肉细胞中的且花环状的结构使得多个叶肉细胞中的CO2CO2富集富集到一个维管束鞘细胞中，使得维管束鞘细胞到一个维管束鞘细胞中，使得维管束鞘细胞COCO2 2浓度高，浓度高，在与在与C CO2O2竞争竞争RubiscoRubisco酶中有优势，抑制光呼吸酶中有优势，抑制光呼吸
31、 本节综合题检测，本节综合题检测，20222022年原创题年原创题 据联合国经济与社会事务部预测，据联合国经济与社会事务部预测，20502050年全球人口将增至年全球人口将增至9797亿。如果农作物产量依然维持在现有水平，届时人类亿。如果农作物产量依然维持在现有水平，届时人类必将面临严重的粮食短缺局面。世界范围内便掀起了一场以通过生物工程必将面临严重的粮食短缺局面。世界范围内便掀起了一场以通过生物工程技术提高植物光合效率为中心的技术提高植物光合效率为中心的“第二次绿色革命第二次绿色革命”。而。而“光呼吸代谢工光呼吸代谢工程程”被认为是此次革命的一个关键突破口。光呼吸现象产生的分子机制是被认为是
32、此次革命的一个关键突破口。光呼吸现象产生的分子机制是O O2 2和和COCO2 2竞争竞争RubiscoRubisco酶。在暗反应中，酶。在暗反应中，RubiscoRubisco酶能够以酶能够以COCO2 2为底物实现为底物实现COCO2 2的的固定固定(羧化反应羧化反应)；在光下，当；在光下，当O O2 2浓度高、浓度高、COCO2 2浓度低时，浓度低时，O O2 2会竞争会竞争RubiscoRubisco酶，酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成在光的驱动下将碳水化合物氧化生成COCO2 2和水和水(加氧反应加氧反应)。光呼吸是一个高。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉
33、光合产物的耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的252530%30%。具体。具体过程如图过程如图1 1所示。所示。1)1)据图回答下列有关问题：据图回答下列有关问题：暗反应的进行不需要光照，但受到光照的影响，这是因为暗反应的进行不需要光照，但受到光照的影响，这是因为_。由于光呼吸的存在，会降低植物体内有机物的积累速率。由于光呼吸的存在，会降低植物体内有机物的积累速率。RubiscoRubisco酶的酶的催化方向取决于催化方向取决于COCO2 2与与O O2 2浓度比，请推测具体的情况：浓度比，请推测具体的情况：_。光照影响光反应产生光照影响光反应产生ATPATP和和NADPHNA
34、DPH的数量，的数量，而而ATPATP和和NADPHNADPH参与暗反应中参与暗反应中C C3 3的还原的还原当当COCO2 2与与O O2 2浓度比高时，浓度比高时，RubiscoRubisco催化羧化反应加强；催化羧化反应加强；当当COCO2 2与与O O2 2浓度比低时，浓度比低时，RubiscoRubisco催化加氧反应加强催化加氧反应加强 研究发现，光合产物研究发现，光合产物1/31/3以上要消耗在光呼吸底物上。生产实际中，常以上要消耗在光呼吸底物上。生产实际中，常通过适当升高通过适当升高COCO2 2浓度达到增产的目的，请分析并解释其原理浓度达到增产的目的，请分析并解释其原理(从光
35、合作用从光合作用原理和原理和RubiscoRubisco催化反应特点两个方面作答催化反应特点两个方面作答)_ 已知强光下已知强光下ATPATP和和NADPHNADPH的积累会产生的积累会产生O O2 2(超氧阴离子自由基超氧阴离子自由基)，而，而O O2 2会会对叶绿体光合作用的反应中心造成伤害。依据图中信息，解释植物在干旱对叶绿体光合作用的反应中心造成伤害。依据图中信息，解释植物在干旱天气和过强光照下，光呼吸的积极意义是天气和过强光照下，光呼吸的积极意义是_CO2CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度，浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度，同时还可
36、促进同时还可促进RubiscoRubisco催化更多的催化更多的C5C5与与CO2CO2结合，减少与结合，减少与O2O2的结合，的结合，从而降低光呼吸速率从而降低光呼吸速率叶片缺水，气孔部分关闭，叶片缺水，气孔部分关闭，CO2CO2吸收减少，吸收减少，低浓度低浓度CO2CO2使得光呼吸增强，光呼吸可以消耗多余的使得光呼吸增强，光呼吸可以消耗多余的ATPATP和和NADPHNADPH2)2)水稻、小麦等水稻、小麦等C C3 3植物的光呼吸显著，而高粱、玉米等植物的光呼吸显著，而高粱、玉米等C C4 4植物的光呼吸消植物的光呼吸消耗有机物很少，耗有机物很少，C C4 4途经如图途经如图2 2所示。
37、与所示。与C C3 3植物相比，植物相比，C C4 4植物叶肉细胞的细胞质植物叶肉细胞的细胞质基质具有一种特殊的基质具有一种特殊的PEPPEP羧化酶，它催化如下反应：羧化酶，它催化如下反应：C C3 3COCO2 2pHpH强化剂强化剂()C()C4 4(苹果酸苹果酸)。C C4 4进入维管束鞘细胞，生成进入维管束鞘细胞，生成COCO2 2用于暗反应，再生出的用于暗反应，再生出的C C3 3(丙酮酸丙酮酸)回到叶肉细胞中，进行循环利用。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成回到叶肉细胞中，进行循环利用。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构。花环状结构。PEPPEP羧化酶与羧化酶与COC
38、O2 2的亲和力是的亲和力是RubiscoRubisco酶的酶的6060倍，能固定低浓度倍，能固定低浓度的的COCO2 2。研究发现，小麦的光合午休现象很明显，而玉米却几乎没有光合午休现研究发现，小麦的光合午休现象很明显，而玉米却几乎没有光合午休现象，从玉米的象，从玉米的COCO2 2固定途径分析，可能的原因是：固定途径分析，可能的原因是：_ 请解释请解释C C4 4植物光呼吸比植物光呼吸比C C3 3植物小很多的原因是：植物小很多的原因是：_玉米会先通过玉米会先通过B B途径把二氧化碳储存起来形成途径把二氧化碳储存起来形成C C4 4，气孔关闭时，气孔关闭时，C C4 4分解产生分解产生二氧化碳，用于光合作用，所以气孔关闭对玉米影响不大二氧化碳，用于光合作用，所以气孔关闭对玉米影响不大C C4 4植物叶肉细胞中高效的植物叶肉细胞中高效的PEPPEP羧化酶能够利用极低浓度的羧化酶能够利用极低浓度的COCO2 2，且花环状的结，且花环状的结构使得多个叶肉细胞中的构使得多个叶肉细胞中的COCO2 2富集到一个维管束鞘细胞中，富集到一个维管束鞘细胞中，使维管束鞘细胞使维管束鞘细胞COCO2 2浓度较高，在与浓度较高，在与O O2 2竞争竞争RubiscoRubisco中有优势，抑制光呼吸中有优势，抑制光呼吸