北京曲一线图书策划有限公司 2023版《5年高考3年模拟》A版
应用创新题组 A
应用 植物CO 的浓缩机制
2
1.(2022届河南洛阳期中,20 生理情境:景天科植物)生活在干旱地区的景天科植物具有
特殊的CO 固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO ,吸收的CO 通过生成苹果酸储
2 2 2
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CO 可用于光合作用。下列
2
关于这类植物的叙述正确的( )
A.在干旱条件下,景天科植物白天进行光反应,夜晚进行暗反应
B.这类植物光合作用所需的CO 来源于苹果酸脱羧和呼吸作用释放的CO
2 2
C.给这类植物提供标记的CO ,14C会依次出现在苹果酸→C →(CH O)中
2 5 2
D.白天突然降低外界的CO 浓度,这类植物叶肉细胞中C 的含量在短时间内会降低
2 3
答案 B CO 参与暗反应,由题可知白天CO 可用于光合作用,说明白天会进行暗反
2 2
应,A错误;光合作用所需的CO 来源于自身呼吸作用和外界环境,景天科植物光合作用所
2
需的CO 来源于苹果酸脱羧和呼吸作用,B正确;暗反应阶段中CO 被C 固定生成C ,故
2 2 5 3
14C应先出现在C 中,即苹果酸→CO →C →C +(CH O),C错误;由于这类植物白天气孔关
3 2 3 5 2
闭,暗反应所需的CO 主要是由苹果酸脱羧释放提供的,故白天降低外界CO 浓度,对这类
2 2
植物叶肉细胞的暗反应基本无影响,C 含量基本不会变化,D错误。
3
创新篇 守正出奇
创新 Rubisco的“两面性”和光呼吸
1.(2022届江西抚赣六校阶段考,35 题型新)研究发现,Rubisco是绿色植物细胞中含量最
丰富的蛋白质,由核基因控制合成的小亚基和叶绿体基因控制合成的大亚基组成,功能上
属于双功能酶。当CO 浓度较高时,该酶催化C 与CO 反应,完成光合作用;当O 浓度较
2 5 2 2
高时,该酶却错误地催化C 与O 反应,产物经一系列变化后在线粒体中生成CO ,植物在
5 2 2
光下吸收O 产生CO 的现象称为光呼吸。回答下列问题:
2 2
(1)Rubisco在细胞的细胞质基质和叶绿体中的 上合成。在较高CO 浓度环境
2
中,Rubisco发挥作用的场所是 。
(2)结合题干信息和暗反应过程,预测氧气浓度升高时,葡萄糖合成速率应该如何变化(从
C 的角度分析)? (填“上升”或“下降”或“不变”),其原因是
5
。
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(3)研究发现塑料大棚内的CO 浓度由0.03%升高到0.24%时,水稻会增产约89%,请从光
2
合作用的原理和Rubisco酶促反应的特点解释其原因: 。
答案 (1)核糖体 叶绿体基质 (2)下降 O 与C 结合增多,减少了CO 与C 结合,减少
2 5 2 5
暗反应过程中的C 含量,使得暗反应速率下降 (3)CO 的浓度升高可促进光合作用的暗
5 2
反应;同时可促进Rubisco催化更多的C 与CO 结合,而减少C 与O 的结合,从而减弱光
5 2 5 2
呼吸
解析 (1)Rubisco的化学本质是蛋白质,蛋白质是在核糖体上合成的。Rubisco能催化C
5
与CO 反应,C 与CO 反应被称为CO 的固定,场所是叶绿体基质,因此,Rubisco发挥作用
2 5 2 2
的场所是叶绿体基质。(2)当O 浓度较高时,Rubisco错误地催化C 与O 反应,导致C 不
2 5 2 5
能与CO 反应,减少了暗反应过程中的C 含量,使得暗反应速率下降,葡萄糖合成速率下
2 5
降。(3)当塑料大棚内的CO 浓度由0.03%升高到0.24%时,可促进光合作用的暗反应;同
2
时可促进Rubisco催化更多的C 与CO 结合,而减少C 与O 的结合,从而减弱光呼吸,所
5 2 5 2
以水稻积累的有机物增多。
2.(2021内蒙古包头一模,29 知识新)玉米叶片有花环形结构的两层细胞,在进行光合作
用时,外层叶肉细胞中的PEP酶催化CO 固定产生四碳化合物(C ),随后C 化合物进入内
2 4 4
层的维管束鞘细胞中分解,释放出CO 用于卡尔文循环,具体过程如图所示。小麦叶片没
2
有花环形结构,光合作用过程只发生在叶肉细胞。科学家研究发现,图中PEP酶对CO 的
2
亲和力远大于Rubisco,因而玉米产量比小麦产量要高很多,结合材料和图示回答下列问
题:
(1)玉米叶肉细胞中的叶绿体进行光反应可将光能转化为 ,同时分解 产
生O ,这一过程发生在 (填场所)。
2
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(2)在玉米维管束鞘细胞的叶绿体中,CO 通过卡尔文循环合成糖,其主要步骤是CO 在
2 2
Rubisco的催化下与C 结合产生C ,继而消耗 将C 还原成糖。
5 3 3
(3)通过玉米和小麦两种植物结构的对比可知,若在夏季晴朗的白天中午,玉米植株光合作
用 (填“会”或“不会”)明显减弱,判断的理由是 。
答案 (1)ATP和NADPH中活跃的化学能 H O 类囊体薄膜 (2)ATP和NADPH
2
(3)不会 由于PEP酶对CO 的亲和力远大Rubisco,使玉米能利用低浓度的CO ,而小麦
2 2
不能,因此虽然气孔关闭使CO 浓度降低,但是对玉米叶肉细胞中CO 的固定影响不明显
2 2
解析 (1)叶肉细胞的叶绿体可将光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能,同时分解
H O产生O ,发生这些过程的场所是叶绿体的类囊体薄膜。(2)在维管束鞘细胞的叶绿体
2 2
中,CO 通过卡尔文循环合成糖,其主要步骤是CO 在Rubisco的催化下与C 结合产生C ,
2 2 5 3
继而消耗ATP和NADPH将C 还原成糖。(3)夏季晴朗的白天中午,高温导致部分气孔
3
关闭,使CO 浓度降低,但是因PEP酶对CO 的亲和力远大于Rubisco,即玉米能利用低浓
2 2
度的CO ,而小麦不能,故玉米植株光合作用不会明显减弱。
2
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应用创新题组 B
应用 植物CO 的浓缩机制
2
(2021深圳罗湖期末,17 生理情境:CAM植物)自然界中,不同类型的植物以不同的方式
固定CO ,如图。
2
请回答下列问题。
(1)图中的“卡尔文循环”是指 ,
该循环在植物细胞中发生的场所是 。
(2)研究发现,C 植物叶肉细胞中固定CO 的酶对CO 的亲和力远高于C 植物,在CO 很
4 2 2 3 2
少的情况下也能固定CO 。由此推测, 植物更适于在高温、干燥的条件下生长,
2
原因是 。
(3)CAM植物夜晚虽能吸收固定CO ,却不能合成(CH O),原因是
2 2
。
(4)题述三种植物不同的固定CO 方式,适应于不同的环境条件。这种现象的产生,按照现
2
代生物进化理论的解释,是生物在 的作用下,
的结果。
答案 (1)CO 中的碳在光合作用中转化为有机物中碳的途径(暗反应) 叶绿体基质
2
(2)C 高温、干燥的条件下,植物叶片气孔部分关闭,进入胞间的CO 很少,而C 植物固
4 2 4
定CO 的能力更强,光合速率更快 (3)夜晚光反应无法进行,不能为(CH O)的合成提供所
2 2
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需的NADPH和ATP (4)自然选择 种群基因频率发生定向改变,导致生物朝一定方向
不断进化
解析 (1)卡尔文循环是指暗反应,在植物细胞的叶绿体基质中进行,包括二氧化碳的固定
和C 的还原,即CO 中的碳在光合作用中转化为有机物中碳的途径。(2)在高温、干燥的
3 2
条件下,植物叶片部分气孔会关闭,CO 供应减少,因此C 植物更适于在此环境中成长。
2 4
(3)CAM植物夜晚虽能吸收固定CO ,却不能合成(CH O),是因为缺少光反应提供的ATP
2 2
和NADPH。(4)在自然选择的作用下,生物可朝一定方向不断进化。
创新 Rubisco的“两面性”和光呼吸
1.(2021浙江联考,25 知识新)光照条件下,叶肉细胞中O 与CO 竞争性结合RuBP,O 与
2 2 2
RuBP结合后经一系列反应释放CO 的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光
2
呼吸抑制剂SoBS溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见表。SoBS溶液处理对叶片
呼吸作用的影响忽略不计。下列叙述正确的是 ( )
SoBS浓度
0 100 200 300 400 500 600
(mg/L)
光合作用强度
(CO μmol· 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
2
m-2·s-1)
光呼吸强度
(CO μmol· 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
2
m-2·s-1)
A.光呼吸必须要在有光条件下进行,其反应的场所在线粒体
B.在大棚种植蔬菜时可采取延长光照时间措施,降低光呼吸作用
C.据表分析,SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度应在0~200 mg/L
D.喷施100 mg/L SoBS溶液与未喷施的水稻叶片相比,吸收和放出CO 量相等时所需的
2
光照强度低
答案 D 光照条件下,叶肉细胞中O 与CO 竞争性结合RuBP,故光呼吸必须要在有光
2 2
条件下进行,光呼吸中O 与RuBP结合的反应发生在叶绿体的基质中,光呼吸反应首先发
2
生在叶绿体中,A错误;光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧、低二氧化碳情
况下发生的一个生化过程,因此延长光照时间会增强光呼吸,B错误;光呼吸会消耗有机物,
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但光呼吸会释放CO ,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,
2
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,故SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度应在100~300 mg/L,C错误;与未喷施的水稻叶
片相比,喷施100 mg/L SoBS溶液后,光合作用固定的CO 增加,光呼吸释放的CO 减少,
2 2
即叶片的CO 吸收量增加,释放量减少,故在更低的光照强度下,两者即可相等,D正确。
2
2.(2022届广东高三联考,16 模型新)科学研究发现,正常进行光合作用的水稻,突然停止
光照,叶片CO 释放量先增加后降低,主要原因是光照条件下叶肉细胞中O 与CO 竞争
2 2 2
性结合C ,O 与C 结合后经一系列反应释放CO 的过程称为光呼吸,具体过程如图所示。
5 2 5 2
下列说法不正确的是( )
注:RuBP为1,5-二磷酸核酮糖,是卡尔文循环里起重要作用的一种五碳糖;PGA为三磷酸
甘油酸,是一种三碳化合物;PG为二碳化合物;Rubisco为1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧
酶。
A.O 与C 结合的场所是叶绿体基质,生成CO 的场所是线粒体
2 5 2
B.突然停止光照,短时间内暗反应消耗的C 减少,C 与O 结合增加,产生的CO 增多
5 5 2 2
C.光呼吸消耗光合作用产物,农业生产中为增加产量,应采取措施,完全抑制农作物光呼吸
D.与有氧呼吸不同,光呼吸只能在光下进行,并且不能产生ATP
答案 C C 主要分布在叶绿体基质中,所以 O 与 C 结合的场所是叶绿体基质,生成一
5 2 5
个三磷酸甘油酸和另外一个二碳化合物,这个二碳化合物经一系列反应最后进入线粒体
被氧化为二氧化碳,A 正确;突然停止光照,短时间内产生的 ATP 、NADPH减少,消耗
的 C 减少, C 与 O 结合增加,产生的 CO 增多, B 正确;光呼吸虽然消耗光合作用产
5 5 2 2
物,但可以有效缓解夏季中午强光对植物的伤害,同时为光合作用提供原料,农业生产中,
不能完全抑制光呼吸, C错误;光呼吸只能在光下进行,消耗氧气和有机物,产生 CO ,但
2
不能产生 ATP,D 正确。
3.(2021山东泰安一模,21 知识新)在暗反应中与CO 发生反应的物质是RuBP,二者发
2
生羧化反应生成3-磷酸甘油酸,该反应需要酶Rubisco的参与。研究证明,Rubisco是一种
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兼性酶,既能催化该羧化反应,也能催化加氧反应(即RuBP与O 反应,生成磷酸乙醇酸,进
2
而转变为乙醇酸,然后经过一系列转变形成CO 和H O,这一系列过程称为光呼吸。光呼
2 2
吸在叶绿体、过氧化物酶体、线粒体中进行),其催化方向取决于CO 与O 的浓度比。
2 2
请回答下列问题。
(1)参与暗反应中CO 固定的反应物C 实质上是 。暗反应的进行不需
2 5
要光照,但受到光照的影响,这是因为 。
(2)请写出有氧呼吸和光呼吸之间的差异: (答出两个即可)。
(3)由于光呼吸的存在,会 (填“降低”或“增大”)植物体内有机物的
积累速率。Rubisco的催化方向取决于CO 与O 的浓度比,请推测具体的情况:
2 2
。
(4)研究发现,小麦等C 作物的光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上。那么,小麦等C
3 3
作物中光呼吸存在的进步意义有哪些? 。
答案 (1)RuBP 光照影响光反应产生ATP和NADPH的数量,而ATP和NADPH参与
暗反应中C 的还原 (2)光呼吸需要光照,有氧呼吸不需要光照;利用的呼吸酶种类不同;
3
反应场所不同等 (3)降低 当CO 与O 的浓度比高时,Rubisco催化羧化反应加强;当
2 2
CO 与O 的浓度比低时,Rubisco催化加氧反应加强 (4)可以消耗光合作用产生的过剩
2 2
的NADPH和ATP,以防止它们的积累影响植物代谢;在外界CO 浓度低或叶片气孔关闭
2
时,光呼吸释放的CO 能被C 途径再利用,以维持光合碳还原环的运转
2 3
解析 (1)根据“在暗反应中与CO 发生反应的物质是RuBP”可知C 实质上是RuBP;光
2 5
照影响光反应产生ATP和NADPH的数量,从而影响C 的还原,因此,光照会间接影响暗
3
反应。(2)见答案。(3)由于光呼吸的存在,会减少C 的数量,从而减少暗反应产生糖类等
5
有机物的数量。当CO 浓度高时有利于羧化反应(即CO 与RuBP的反应),反之,则不利
2 2
于这种反应,由此,可推测当CO 与O 的浓度比高时,Rubisco催化羧化反应加强,当CO
2 2 2
与O 的浓度比低时,Rubisco催化加氧反应加强。(4)见答案。
2
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应用创新题组 C
应用 植物CO 的浓缩机制
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1.(2022届临沂月考,9 生理情境)百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温
干旱环境。如图为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图,据图分析错误的是( )
A.图中B物质可能是葡萄糖
B.线粒体和细胞质基质均能产生CO
2
C.PEP、C 均能与CO 结合
5 2
D.夜间细胞液pH可能会下降
答案 A 在有氧呼吸过程中,进入线粒体的是丙酮酸,而不是葡萄糖,A错误;由图可知,
光合作用(叶绿体)中CO 的来源有两个,一是来自线粒体,二是来自细胞质基质,B正确;由
2
图可知,CO 与PEP、C 结合分别形成OAA和PGA,C正确;液泡内的液体称为细胞液,夜
2 5
间苹果酸进入细胞液中,可能使细胞液pH下降,D正确。
2.(2022届烟台期中,18 生理情境)(不定项)玉米叶肉细胞中有一种酶,通过系列反应将
CO 泵入维管束鞘细胞,使维管束鞘细胞积累较高浓度的 CO ,保证卡尔文循环顺利进行,
2 2
这种酶被形象地称为“CO 泵”,下列相关叙述错误的是( )
2
A.A→B还需要光反应提供的 NADH、ATP 等物质的参与
B.抑制“CO 泵”的活性,短时间内维管束鞘细胞中 B的含量增加
2
C.晴朗的夏季11:00时,温度升高玉米维管束鞘细胞光合作用速率会明显下降
D.可用纸层析法分别分离玉米叶肉细胞、维管束鞘细胞中的色素并比较色素的含量和
种类差别
答案 AC 光反应可提供NADPH,而不是NADH,A错误;抑制“CO 泵”的活性,维管
2
束鞘细胞中CO 供应减少,CO 固定消耗的B(C )减少,B生成量暂时不变,所以短时间内B
2 2 5
第 8 页 共 17 页北京曲一线图书策划有限公司 2023版《5年高考3年模拟》A版
的含量增加,B正确;晴朗夏季11:00温度升高,气孔开度下降,CO 供应减少,但叶肉细胞中
2
的“CO 泵”可使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO ,所以玉米维管束鞘细胞的光合作
2 2
用速率不会明显下降,C错误。
创新 Rubisco的“两面性”和光呼吸
1.(2021潍坊一模,3 模型新&知识新)光呼吸是O /CO 偏高时与光合作用同时发生的生
2 2
理过程,是经长期进化形成的适应机制。光呼吸和暗反应关系密切,机理如图所示。下列
叙述错误的是( )
A.光呼吸可保证CO 不足时,暗反应仍能正常进行
2
B.光合作用的光反应强于暗反应容易导致光呼吸发生
C.光呼吸过程虽消耗有机物,但不产生ATP
D.抑制光呼吸能大幅度提高光合作用强度
答案 D 从图中可知,光呼吸可为暗反应提供CO ,可以保证CO 不足时,暗反应仍能正
2 2
常进行,A正确;当光合作用的光反应强于暗反应时,O /CO 偏高容易导致光呼吸发生,B
2 2
正确;从图中可知,光呼吸过程消耗有机物和ATP,C正确;光呼吸可以为光合作用提供
CO ,在O /CO 偏高时光合作用仍能正常进行,在O /CO 偏高时抑制光呼吸会降低光合作
2 2 2 2 2
用强度,D错误。
拓展延伸 光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生
化过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。绿色植物在光照条件下的光呼吸作用
特点是物质在被分解转化过程中虽也放出CO ,但不能生成ATP,而使光合产物被白白地
2
耗费掉,所以光呼吸越强,光合生产率相对就越低。
第 9 页 共 17 页北京曲一线图书策划有限公司 2023版《5年高考3年模拟》A版
应用创新题组 D
应用 植物CO 的浓缩机制
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1.(2021苏州八校联盟二适,13 生理情境:CAM途径)景天科植物起源于南非并分布于全
球几乎所有的干旱环境,景天科植物的 CAM途径是一种特殊代谢方式:气孔打开时,PEP
与外界进入的 CO 反应生成草酰乙酸(OAA),并进一步被还原成苹果酸;气孔关闭时,苹
2
果酸又可分解释放 CO ,释放出的CO 可进入叶绿体参与卡尔文循环。图示为 CAM 代
2 2
谢途径示意图,下列叙述正确的是(多选)( )
甲 乙
A.景天科植物 CAM 途径发生的场所是细胞质基质
B.景天科植物 CO 固定的场所是叶绿体基质
2
C.甲发生在白天,乙发生在夜晚
D.景天科植物原产地夏季夜晚酶 A活性高,酶B活性低
答案 ABD 由题干信息可知,CAM途径是气孔打开时,PEP 与外界进入的 CO 反应
2
生成草酰乙酸(OAA),并进一步被还原成苹果酸,该过程发生在细胞质基质,A正确。二氧
化碳固定的场所在叶绿体基质,B正确。甲图表示气孔打开时,PEP 与外界进入的 CO
2
反应生成草酰乙酸(OAA),并进一步被还原成苹果酸,发生在夜晚;乙图表示气孔关闭时,
苹果酸又可分解释放 CO ,释放出的CO 可进入叶绿体参与卡尔文循环,发生在白天,C
2 2
错误。夜晚合成苹果酸,因此景天科植物原产地夏季夜晚酶A活性高,酶B活性低,D正
确。
2.(2021泰州期末,21 生理情境:碳素同化)据光合作用碳素同化(暗反应)中 CO 固定的
2
最初产物的不同,把碳素同化分为C 途径和C 途径(如图),其中C 途径PEPC(酶)的活性
3 4 4
比 C 途径的 RuBPC(酶)强60 倍。只进行C 途径的植物称C 植物,同时进行两途径的
3 3 3
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植物称 C 植物。C 植物之所以能同时进行两途径,是因为其叶肉细胞和维管束鞘细胞
4 4
中都具有叶绿体,但两种细胞中叶绿体的结构存在差异。
(1)如图所示的碳素同化途径中,属于CO 固定过程的序号是 ,⑤过程消耗活跃的
2
化学能来自光反应,C 被 还原。
3
(2)对C 植物的有关实验发现,在光下突然中断 CO 供应,C 浓度急速升高、C 浓度急速
3 2 5 3
降低,由该现象可推测 ;突然中断光照,C 浓度急速降低、C 浓度急速升高,由该
5 3
现象可推测 。
(3)与C 植物相比,C 植物的CO 补偿点较 ;当外界干旱时,C 植物能继续生长而
3 4 2 4
C 植物却不能,其原因是 。
3
答案 (1)①④ [H](或NADPH) (2)CO 可与C 结合生成C C 可生成C (3)低 C
2 5 3 3 5 4
植物能利用细胞间隙中低浓度CO 进行光合作用
2
解析 (1)根据题图可知,二氧化碳进入植物细胞内首先转化成HC O - ,然后和PEP反应
3
固定成为草酰乙酸,草酰乙酸转化成苹果酸后运输到维管束鞘细胞内分解成CO ,然后和
2
RuBP生成PGA进行暗反应,因此属于CO 固定过程的是①④,⑤过程中消耗的活跃化学
2
能来自光反应的ATP和[H](NADPH),C 被[H](NADPH)还原。(3)在光下突然中断 CO
3 2
供应,C 浓度急速升高、C 浓度急速降低,推测C 和CO 生成C ,因为CO 停止供应后,该
5 3 5 2 3 2
反应停止,反应物增多,生成物减少;同理,中断光照后,C 浓度急速降低、C 浓度急速升高,
5 3
推测C 可生成C 。(4)C 植物的CO 先被固定成草酰乙酸转化成苹果酸后再供应暗反应,
3 5 4 2
因此CO 浓度较低时,C 植物也可以进行光合作用,但C 植物干旱环境下,部分气孔关闭,
2 4 3
导致吸收CO 少,因此C 植物低浓度的CO 不能生长。
2 3 2
3.(2021镇江期中,27 生理情境)干旱发生时,植物气孔会发生不同程度的关闭,并可以将
信息传递给周围其他植株。为了探究在干旱发生时,植物之间信息交流的发生情况,某研
究者设计了如图1所示的实验装置,将11株盆栽豌豆等距排列,6~11号植株在根部有管
子相通,这样在不移动土壤的情况下,化学信息可以通过管子进行交流; 1~6 号的根部不
联系。用高浓度的甘露醇浇灌刺激6号植株,15min后测定所有植株的气孔开放度,结果
如图2所示。请据图分析回答下列问题。
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图1
图2
(1) 与干旱发生前相比,干旱处理后植物的光合速率会 ,出现这种变化的主要原
因是 。
(2)本实验中,对照组需要用 浇灌 6号植株,对照组的实验结果可说明 。
(3)据图2结果可得, 在干旱条件下,6~8号植株与9~11号植株相比,气孔的开放度
,由此可知,在干旱发生时,植物之间会交流信息,并且主要是通过 (选填 “地上
部分”或者“地下部分”)交流信息。
(4) 研究者进一步实验时发现,对6号植株进行干旱诱导1 h后,6~11号植株的气孔大多
数都处于关闭状态,发生此现象最可能的原因是 。
答案 (1)下降 (气孔开度减小),供应给光合作用所需的CO 减少 (2)清水 在不受干
2
旱胁迫时,各植株的气孔开放度无显著差异 (3)较小 地下部分 (4)该植株根部产生
胁迫信号并通过地下通路传递给7~11号植株,使这些植物的气孔关闭从而减少水分散失
解析 (1)干旱处理后植物叶片气孔开度减小,植物吸收CO 减少,植物的光合速率会下降。
2
(2)本实验中对照组需要用实验组相同的装置,换成用清水浇灌 6号植株,对照组的实验
结果可说明在不受干旱胁迫时,各植株的气孔开放度无显著差异。(3)据图2结果可得,
在干旱条件下,6~8号植株与9~11号植株相比,气孔的开放度较小,由此可知,在干旱发生
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时,植物之间会交流信息,并且主要是通过地下部分交流信息。(4)研究者进一步实验时发
现,通过对6号植株进行干旱诱导1 h后,6~11号植株的气孔大多数都处于关闭状,是因
为6号植株根部产生胁迫信号并通过地下通路传递给7~11号植株,使这些植物的气孔关
闭从而减少水分散失。
创新 Rubisco的“两面性”和光呼吸
1.(2021广东选择性考试,12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中,唯一催化CO 固定形
2
成C 的酶被称为Rubisco,下列叙述正确的是( )
3
A.Rubisco存在于细胞质基质中
B.激活Rubisco需要黑暗条件
C.Rubisco催化CO 固定需要ATP
2
D.Rubisco催化C 和CO 结合
5 2
答案 D 由“唯一催化CO 固定形成C 的酶被称为Rubisco”可知,Rubisco是与暗反应
2 3
有关的酶,暗反应阶段是在叶绿体基质中进行的,A错误,D正确;暗反应在有光、无光条
件下都可以进行,故激活Rubisco不一定需要黑暗条件,B错误;在暗反应阶段,CO 的固定
2
不消耗NADPH 和ATP,C错误。
2.(2021扬州2月期初,21 知识新)植物的叶肉细胞在光下有一个与呼吸作用不同的生
理过程,即在光照下叶肉细胞吸收O ,释放CO 。由于这种反应需叶绿体参与,并与光合
2 2
作用同时发生,故称光呼吸。Rubisco是一个双功能的酶,具有催化羧化反应和加氧反应
两种功能。RuBP(C )既可与CO 结合,经此酶催化生成PGA(C ),进行光合作用;又可与
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O 在此酶催化下生成1分子PGA和1分子PG(C ),进行光呼吸。具体过程如图:
2 2
(1)在光照条件下,Rubisco催化RuBP与CO 生成PGA的过程称为 ,该过程
2
发生在 (填场所)中。Rubisco也可以催化RuBP与O 反应,推测O 与CO
2 2 2
比值 (填“高”或“低”)时,有利于光呼吸而不利于光合作用。
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(2)分析表格, 遮光比例条件下植物积累的有机物最多,结合已学的生物学知识和
图中的信息,从两个方面解释为什么该条件下比不遮光条件下积累的有机物多?
。
净光合速率
遮光比例(%) 叶绿素含量(mg/g) 植株干重(g)
(μmol·m2·s-1)
0 2.1 8.0 7.5
10 2.3 9.6 9.9
30 2.4 8.9 9.2
50 2.6 5.0 7.2
70 2.9 2.7 4.8
90 3.0 0 3.2
(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。
(4)1955年,科学家通过实验观察到对正在进行光合作用的叶片突然停止光照,短时间内
会释放出大量的CO ,他们称之为“CO 的猝发”。某研究小组测得在适宜条件下某植
2 2
物叶片遮光前吸收CO 的速率和遮光(完全黑暗)后释放CO 的速率,吸收或释放CO 的
2 2 2
速率随时间变化趋势的示意图如图(吸收或释放CO 的速率是指单位面积叶片在单位时
2
间内吸收或释放CO 的量)。突然停止光照时,植物所释放CO 的来源是
2 2
。在光照条件下,该植物在一定时间内单位面积叶片光合作用固定的CO 总量是
2
(用图形的面积表示,图中A、B、C表示每一块的面积大小)。
答案 (1)CO 的固定 叶绿体基质 高 (2)10% 适当遮光可以提高叶绿素的含量增
2
强光合效率,同时可以抑制光呼吸进而提高光合效率 (3)ATP和[H](或NADPH) CO
2
(4)细胞呼吸释放的CO 和光呼吸释放的CO A+B+C
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解析 (1)结合题干信息分析题图可知,在光照条件下,细胞进行呼吸作用和光合作用的同
时还进行光呼吸。在光照条件下,Rubisco催化RuBP与CO 生成PGA的过程称为二氧
2
化碳的固定,该过程发生在叶绿体基质中。RuBP也可以与O 在Rubisco的催化下生成1
2
分子PGA和1分子PG(C ),即光呼吸,当氧气含量较高时,有利于光呼吸而不利于光合作
2
用。(2)分析表格数据可知,遮光比例为10%时,植物的净光合速率最大,该条件下植物积
累的有机物最多,从表格可知适当遮光能够提高叶绿素的含量,另外还能够抑制光呼吸,从
而增强光合速率。(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,二氧
化碳吸收减少,暗反应减弱。此时光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的ATP和[H]
(NADPH),另外光呼吸产生的二氧化碳又可以作为暗反应阶段的原料。(4)结合题干信息
分析题图,突然停止光照时,短时间内植物仍在进行光呼吸,因此此时的二氧化碳来源于细
胞呼吸和光呼吸。在光照条件下,只有光合作用吸收二氧化碳,光呼吸和细胞呼吸都在释
放二氧化碳,故图形A+B+C的面积表示植物在一定时间内单位面积叶片光合作用固定
的CO 总量。
2
3.(2022届连云港期初,20 模型新)光呼吸是指在光的驱动下将碳水化合物氧化生成
CO 和水的一个生化过程(如图1),C 植物在环境中CO 比较少、O 比较多时容易发生光
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呼吸,会损耗掉光合产物从而造成减产。科学家们利用水稻自身的五个基因,即GLO(乙
醇酸氧化酶)、OXO(草酸氧化酶)和CAT(过氧化氢酶) ,成功构建一条新的光呼吸支路,
简称GOC支路。通过多基因转化技术成功将GOC支路导入水稻并定位至叶绿体中减
少对光合产物的损耗(如图2)。
图1 光合作用和光呼吸过程
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(1)根据图1可知Rubisco酶具有双重活性,一方面可催化暗反应中 的过程;另一
方面可以催化C 与O 结合成 ,发生的场所是 。研究发现,1/3以上的光
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合产物要消耗在光呼吸底物上。据此推测,细胞中CO 浓度倍增可以使光合产物的积累
2
量增加,原因是 。
(2)在光照条件下,研究人员检测了GOC型水稻的光呼吸代谢物水平,结果如图3所示,结
合图1、2分析,你认为GOC型水稻是否构建成功?回答并简述理由:
。
(3)科研人员研究高施氮量条件下Rubisco酶(a)及暗反应速率(b)的变化,实验结果如图4
所示。
①N
O -
和N
H +
是土壤中主要的氮素,可被植物吸收进入植物根系运送到各个部位,用来
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合成含氮物质,如暗反应阶段中所需的 等。
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②据图4推测,在高施氮量条件下,随着施氮量的增加,Rubisco酶催化暗反应的效率 。
答案 (1)CO 的固定 乙醇酸(C )和1C 酸 叶绿体基质 高浓度CO 可抑制Rubisco
2 2 3 2
与O 结合,减少光呼吸 (2)成功。与野生型水稻相比,GOC型水稻乙醇酸明显降低,草酸
2
明显升高,说明GOC型水稻不仅减少了光呼吸,并转移了乙醇酸代谢途径 (3)酶、
ATP、NADPH 下降
解析 (1)根据图1中显示Rubisco酶一方面可以催化碳反应中的CO 的固定(CO 与C
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结合形成C )过程,另一方面可以催化C 与O 结合成乙醇酸(C )和1C 酸,场所是叶绿体
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基质。当细胞中CO 浓度倍增,高浓度CO 可抑制Rubisco与O 结合,减少光呼吸的消耗,
2 2 2
可以使光合产物的积累量增加。(2)由图3可知,与野生型水稻相比,GOC型水稻乙醇酸
明显降低,草酸明显升高,说明GOC型水稻不仅减少了光呼吸,并转移了乙醇酸代谢途径,
故GOC型水稻构建成功。(3)①暗反应阶段需要光反应提供的ATP和NADPH,同时需
要多种酶的催化作用,这些物质均为含氮物质。②图4中a为Rubisco酶含量,b是暗反应
速率,题图曲线显示,在高施氮量条件下,随着施氮量的增加,Rubisco酶含量增加,但是暗反
应速率变化不明显,说明Rubisco酶催化暗反应的效率降低。
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