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二氧化碳固定方式的多样性、光呼吸及光抑 制 1.C4途径 [模型解读] ①C4植物叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，而维管束鞘细胞中没有完整的叶绿 体，所以C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上。 ②C4植物PEP 羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱(特别是在高温、光照强烈、干 旱条件下)，导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利用细胞间隙低浓度的CO2继续生长， 并且无光合“午休”现象。常见C4植物有玉米、高粱、甘蔗、苋菜等。 典例1 (2022·全国甲，29)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。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降 低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题： (1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物 是____________________(答出3 点即可)。 (2) 正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是 __________________ _________________________________________________________________(答出1 点即可)。 (3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。 从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是___________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案 (1)O2、NADPH 和ATP (2)自身呼吸消耗或建造植物体结构 (3)C4植物的CO2补偿 点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2 解析 (1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体薄膜，光反应发生的物质变化包括 水的光解以及ATP 和NADPH 的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、NADPH 和ATP。(2)叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输 送到植物体的储藏器官储存起来。正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部 位。(3)干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收减少，由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物， 则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比 C3植物生长得好。 2．CAM 途径 [模型解读] ①CAM 植物夜间吸进CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮 酸羧化酶催化下，CO2与PEP 结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。从 而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH 下降。而白天气孔关闭，苹果酸转移到细 胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP 再还原成三碳 糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。从而表现 出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH 上升。常见的CAM 植物有菠萝、芦荟、兰花、 百合、仙人掌等。 ②从进化角度看，CAM 途径是对极度干旱环境的适应；该途径除了维持光合作用外，对植 物的生理意义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。 ③夜晚CAM 植物不能合成葡萄糖，原因是没有光反应为暗反应提供ATP 和NADPH。如果 白天适当提高CO2浓度，CAM 植物的光合作用速率基本不变。 归纳总结 C3途径、C4途径和CAM 途径的比较 特征 C3途径 C4途径 CAM 途径 与CO2 结合的物质 RuBP(C5) PEP、 RuBP(C5) PEP、 RuBP(C5) CO2固定的最初产物 C3 C4 草酰乙酸 CO2固定的时间 白天 白天 夜晚和白天 光反应的场所 叶肉细胞 类囊体薄膜 叶肉细胞类 囊体薄膜 叶肉细胞类 囊体薄膜 卡尔文循环的场所 叶肉细胞的 叶绿体基质 维管束鞘细胞 的叶绿体基质 叶肉细胞的 叶绿体基质 有无光合午休 有 无 无 总结：C3途径(卡尔文循环)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。 典例2 (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。 (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。 (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)______________________________________________ _____________________________________________________________________________。 答案 (1)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) (2)蒸腾作用过强导致水分散失过多 光合作用 (3)实验思路：植物甲在干旱 的环境条件下(其他条件适宜)培养一段时间，分别在白天和晚上测定植物甲液泡内的pH， 统计分析实验数据。预测结果：晚上的pH 明显小于白天 解析 (1)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(呼吸作用)产生的二氧化碳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)由于环 境干旱，植物吸收的水分较少，为了维持机体的平衡适应这一环境，气孔白天关闭能防止白 天因温度较高蒸腾作用较强导致植物体水分散失过多，晚上气孔打开吸收二氧化碳储存固定 以保证光合作用等生命活动的正常进行。 3．光呼吸 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。在暗反应中，Rubisco 能够以CO2为 底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会与CO2竞争Rubisco，在 光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下， 光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。过程如图所示： [模型解读] ①与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体和过氧化物酶体。光呼吸产生的条件是高 光照、高O2含量和低CO2含量等。 ②在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。由于光反应速 率大于暗反应速率，此时光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH 和ATP，防止强 光对叶绿体的破坏，又可以为暗反应阶段提供原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。 典例3 RuBP 羧化酶缩写为Rubisco，当CO2浓度高时，Rubisco 催化C5与CO2反应；当O2 浓度高时，Rubisco 催化C5与O2经过一系列化学反应，消耗ATP 和NADPH，生成CO2和 C3，这一过程称为光呼吸。如图为小麦叶肉细胞中的部分生理活动过程，小写字母代表相应 的物质。下列叙述错误的是( ) A．a 表示NADPH，b 表示NADP＋，c 表示ADP＋Pi，d 表示ATP，f 表示RuBP B．夏季晴朗的中午出现“午休现象”时，植物光呼吸会有所增强 C．Rubisco 位于叶绿体基质，玉米(C4植物)通常比小麦(C3植物)光呼吸作用弱 D．光呼吸过程消耗ATP、NADPH，与光反应相反，不利于植物细胞的正常生长 答案 D 解析 由图可知，H＋＋b→a，故a 表示NADPH，b 表示NADP＋，光反应过程由c 形成d， 则c 表示ADP＋Pi，d 表示ATP，f 表示RuBP，即C5，A 正确；夏季晴朗的中午出现“午休 现象”时，气孔关闭，二氧化碳不能正常进入叶肉细胞，但光反应正常进行，导致叶肉细胞 内O2浓度较高，O2和C5结合概率增加，因此植物光呼吸的强度较通常有所增大，B 正确； Rubisco 位于叶绿体基质，玉米(C4植物)通常比小麦(C3植物)光呼吸作用弱，因为玉米能利用 较低浓度的CO2，C 正确；植物细胞产生的ATP 和NADPH 过多时会破坏细胞，光呼吸能消 耗过多的ATP 和NADPH，故光呼吸有利于保护植物，D 错误。 4．光抑制 植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合 作用的光抑制。 (1)光抑制机理：光合系统的破坏，PS Ⅱ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果：电子 传递受阻，光合效率下降。 (2)光抑制的主要防御机制 ①减少光吸收：植物体也可以通过叶运动(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光 的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。 ②增加热耗散：a.当依赖能量的叶绿素荧光猝灭增加时，通过增加激发能的热耗散可以部分 避免光抑制。降低光饱和条件下的PSⅡ的光化学效率，可以避免光抑制破坏的发生。b.在 强光下非光辐射能量耗散增加的同时，玉米黄素含量增加，玉米黄素与激发态的叶绿素作用， 从而耗散其激发能，保护光合机构免受过量光能破坏。 ③进行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止强光和CO2亏缺条件 下发生光抑制。 典例4 当光照强度大于光饱和点时，常引起光抑制或光损伤。科研人员探究了某植物对强 光的生理响应变化及机制。光反应过程中的光合电子传递链主要由光系统等光合复合体组成， 如图所示(活性氧：ROS，一种自由基)。下列叙述错误的是( ) A．由图可知叶绿体膜是生成NADPH 的场所 B．强光导致NADPH 和电子累积可能是导致光抑制的原因 C．强光导致活性氧大量增多可能是导致光损伤的原因 D．适度增加铁氰化钾可能会解除光抑制 答案 A 解析 叶绿体的类囊体薄膜是生成NADPH 的场所，A 错误；强光导致光反应过强， NADPH 和电子累积，从而导致活性氧大量增多，活性氧会攻击生物膜和光系统，造成光抑 制或光损伤，B、C 正确；分析图可知，铁氰化钾能吸收电子，适度增加铁氰化钾可能会解 除光抑制，D 正确。 课时精练 [分值：100 分] [1～3 题，每题6 分；4～7 题，每题7 分。共46 分] 一、选择题 1．(2026·四川百师联盟调研)玉米属于C4植物，其叶片存在内层为维管束鞘细胞、外层为叶 肉细胞的“花环型”结构，在外界CO2浓度较低时，可通过C4途径初步固定CO2，其光合 作用部分过程如图所示，其中酶1 代表PEP 羧化酶(PEPC)；酶2 代表RuBP 羧化酶 (Rubisco)。下列叙述正确的是( ) A．图中玉米植株体内进行暗反应的场所在叶肉细胞叶绿体 B．推测PEPC 与无机碳的亲和力低于Rubisco C．炎热夏季中午，玉米会出现较明显的“光合午休”现象 D．若夜间有三碳糖从维管束鞘细胞的叶绿体中运出，其来源最可能是淀粉 答案 D 解析 由题图可以看出，玉米植株进行暗反应的场所在维管束鞘细胞的叶绿体，A 错误； PEPC 可在CO2浓度较低时固定CO2，所以可以推测PEPC 与无机碳的亲和力高于Rubisco， B 错误；炎热夏季中午，温度较高，部分气孔关闭，CO2供应减少，但玉米叶肉细胞叶绿体 含有的酶1 能利用低浓度的CO2进行光合作用，故不会出现明显的“光合午休”现象，C 错 误；夜间不能进行光合作用合成三碳糖，结合题图可知，夜间形成的三碳糖最可能由淀粉转 化而来，D 正确。 2．(2025·宜宾二模)CAM(景天科)植物的气孔在夜间开放吸收CO2，白天关闭。如图为某 CAM 植物叶肉细胞部分代谢过程示意图。下列叙述正确的是( ) A．由图可知，CAM 植物白天和晚上均进行光合作用 B．图中C 可能是丙酮酸，RuBP 存在于叶绿体的基质中 C．CAM 植物细胞白天产生CO2的具体部位是线粒体基质 D．晚上CAM 植物将CO2以苹果酸的形式储存在叶绿体和液泡中 答案 B 解析 从图中可以看到，晚上CAM 植物虽然吸收CO2，但没有光照，不能进行光反应，而 光合作用包括光反应和暗反应，所以晚上不能进行光合作用，A 错误；在细胞呼吸过程中， 葡萄糖分解为丙酮酸，图中C 可能是丙酮酸，RuBP 即C5，存在于叶绿体的基质中，B 正确； 从图中可知，白天CAM 植物产生CO2 的部位不仅有线粒体基质(有氧呼吸第二阶段产生 CO2)，苹果酸分解也会产生CO2，场所是细胞质基质，C 错误；由图可知，晚上CAM 植物 将CO2以苹果酸的形式储存在液泡中，并没有储存在叶绿体中，D 错误。 3．(2025·湖北“新八校”协作体联考)某突变型水稻与野生型水稻在不同光照强度下的CO2 吸收速率如图所示。下列叙述正确的是( ) A．突变型水稻曲线出现差异的原因可能是叶绿素含量较少，固定CO2酶的活性较高 B．光照强度为P 时限制突变型和野生型的环境因素均是光照强度 C．A 点时野生型的总光合速率大于B 点时突变型的总光合速率 D．与突变型相比，野生型水稻更适合在高温干旱的环境中生存 答案 A 解析 突变型水稻在弱光下光合速率低，强光下光合速率高，可能是叶绿素含量低，而固定 CO2酶活性更高所致，A 正确；光照强度为P 时，此时限制突变型光合速率的主要环境因素 是光照强度，而限制野生型的可能是CO2浓度、温度等其他因素，B 错误；总光合速率＝净 光合速率＋呼吸速率，A 点和B 点时，野生型和突变型的净光合速率都为0，但从图中可知 野生型呼吸速率等于突变型，所以A 点时野生型总光合速率等于B 点时突变型总光合速率， C 错误；在高温干旱环境下，植物气孔会关闭，CO2吸收减少，突变型水稻在低CO2浓度下 光合速率相对较高，相比野生型更适应高温干旱环境，D 错误。 4．将玉米的PEPC 酶(与CO2的固定有关)基因与PBDK 酶(催化玉米中CO2初级受体PEP 的 合成)基因导入水稻得到转双基因水稻，在一定温度下测得光照强度对转双基因水稻和原种 水稻光合速率的影响(如图1)。图2 是在光照为1 000 μmol·m－2·s－1下测得温度对光合速率的 影响。据图分析，下列叙述错误的是( ) A．转双基因水稻更适合在高温、强光环境下生存 B．图1 中原种水稻a 点后限制光合作用的环境因素有CO2浓度和温度 C．图1 温度升高5 ℃，转双基因水稻的光饱和点升高，原种水稻的光饱和点不变 D．推测转入的两个基因通过提高水稻固定CO2的速率促进光合作用的进行 答案 C 解析 由图1 和图2 可知，转双基因水稻的光饱和点更高，且高温条件下净光合速率更高， 适合在高温、强光下生存，A 正确；图2 是在光照为1 000 μmol·m－2·s－1下测得的，推知图1 对应的温度为30 ℃，故原种水稻a 点后限制光合作用的环境因素有CO2浓度和温度，B 正 确；结合B 项，可知图1 对应的温度为30 ℃，并非最适温度，故图1 温度升高5 ℃，转双 基因水稻和原种水稻对光的利用能力均增强，光饱和点均升高，C 错误。 5．(2026·安徽省百师联盟联考)大豆、玉米等植物的叶绿体中存在一种Rubisco 酶，参与卡 尔文循环和光呼吸，Rubisco 酶对CO2和O2都有亲和力。在较强光照下，Rubisco 以五碳化 合物(RuBP)为底物，在CO2/O2值高时，催化RuBP 结合CO2发生羧化；在CO2/O2值低时， 催化RuBP 结合O2发生氧化进行光呼吸，具体过程如图所示。下列叙述正确的是( ) A．大豆、玉米等植物的叶片中消耗O2的场所有叶绿体、线粒体 B．光呼吸发生在叶肉细胞的细胞质基质和叶绿体中 C．有氧呼吸和光呼吸均产生ATP D．干旱、晴朗的中午，叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会降低 答案 A 解析 玉米、大豆叶片中通过有氧呼吸消耗氧气的场所是线粒体内膜，通过光呼吸消耗氧气 的场所是叶绿体基质，A 正确。由图可知，在CO2/O2的值低时，RuBP 结合氧气发生光呼吸， 光呼吸会消耗多余的ATP、NADPH，C 错误。干旱、晴朗的中午，胞间CO2浓度会降低， 叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会增强，D 错误。 6．(2025·阜阳期中)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SoBS 溶液(光呼吸抑制 剂)，相应的光合作用强度和光呼吸强度见表。已知SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响 忽略不计，脱落酸会使叶片气孔关闭。下列叙述错误的是( ) SoBS 溶液浓度 /(mg·L－1) 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 A.光照强度减弱后，光呼吸可能会随之减弱 B．光照条件下向植物喷施脱落酸可能会引起光呼吸增强 C．与对照组相比，喷施500 mg·L－1SoBS 溶液后，水稻叶片固定和产生的CO2量相等时所 需的光照强度降低 D．探究SoBS 溶液增产最适浓度，应在100～300 mg·L－1设置浓度梯度进行实验 答案 C 解析 光照强度减弱后，细胞内O2含量下降，O2在竞争C5中的优势减弱，光呼吸减弱，A 正确；脱落酸会使叶片气孔关闭，细胞内O2浓度上升，O2在竞争C5中的优势增强，光呼吸 增强，B 正确；固定和产生的CO2量相等指光合作用固定的CO2量等于呼吸作用和光呼吸产 生的CO2量之和，与对照组相比，喷施500 mg·L－1SoBS 溶液后，水稻叶片细胞呼吸强度不 变，光合作用固定的CO2量减少较多，光呼吸产生的CO2量减少较少，此时在更高的光照强 度下固定和产生的CO2量才可能相等，C 错误；SoBS 溶液增产最适浓度时光合作用强度与 光呼吸强度差值最大，计算可知，本实验中SoBS 溶液浓度为200 mg·L－1时光合作用强度与 光呼吸强度差值最大，所以应在100～300 mg·L－1设置浓度梯度进行实验，D 正确。 7．光能超过光合系统所能利用的数量时，光合功能会下降，这种现象称为光抑制。光抑制 主要表现为光系统Ⅱ光化学效率以及饱和光强下光合速率的降低，光系统Ⅱ最大光化学效率 (Fv/Fm)可用来表示光抑制程度。当光系统从环境中吸收的光能超出其光能利用能力时，光 能以热能的形式耗散，称为非光化学猝灭(NPQ)。科研人员研究了抗坏血酸(AsA)对甜椒低 温弱光条件下的光抑制程度和机理，结果如图1 和图2 所示。下列叙述错误的是( ) A．光照过强可能使光系统Ⅱ蛋白受损，光反应合成的NADPH、ATP 减少，光合速率降低 B．4 ℃下更易发生光抑制，因低温使暗反应速率变慢、需能减少，导致光能过剩 C．题中实验的自变量有两个，即低温胁迫和弱光双重因素的影响 D．低温下，AsA 处理能够减轻光抑制的机理是增加了热耗散 答案 C 解析 光照过强可能使光系统Ⅱ蛋白受损，从而使得光合能力下降，进而使得光反应合成的 NADPH、ATP 减少，光合速率降低，A 正确；根据图2 中的曲线的不同，可知4 ℃下同一 时间非光化学猝灭更高，更易发生光抑制，这是因为低温使暗反应速率变慢、需能减少，导 致光能过剩，B 正确；根据图中的不同的曲线可知，题中实验的自变量有两个，即低温胁迫 和AsA 处理因素的影响，C 错误；抗坏血酸(AsA)使得非光化学猝灭增强，而光能以热能的 形式耗散，所以AsA 处理是通过增加了热耗散从而减轻光抑制，D 正确。 二、非选择题 8．(20 分)(2025·开封三模)图1 所示为高粱的光合作用途径(含C4、C3途径)，而花生的光合 作用途径只有C3途径，R 酶的作用是催化C5与CO2反应，在O2浓度较高时能催化O2与C5 结合引发光呼吸。图2 为外界CO2浓度对高粱和花生光合作用途径的CO2吸收速率影响的曲 线，研究小组将两种植物各一株共同置于同一密闭容器中，实验开始时，容器中CO2浓度为 图中C 点，其余条件适宜。回答下列问题： (1)据图1 分析，C4植物体内PEP 的作用是____________。 (2)R 酶存在于植物细胞的____________(填具体场所)中，光呼吸与细胞呼吸的相同之处是 ________________________________。 (3)在相同的高温、高光照强度环境下，C4植物的光能转化为糖类中化学能的效率比C3植物 几乎高2 倍，原因是P 酶与CO2 的亲和力____________(填“大于”“基本等于”或“小 于”)R 酶，再通过苹果酸定向运输和转化，提高了维管束鞘细胞中CO2浓度，提高了光能 转化效率。高浓度CO2在与O2竞争R 酶的过程中占优势，抑制了____________过程。 (4)图2 中CO2 浓度为B 点时，C3 植物的叶肉细胞光合作用强度____________(填“大于” “等于”或“小于”)呼吸作用强度。C 点之后，影响C3植物和C4植物CO2吸收速率的内因 有____________________________(答出两点即可)。 (5)(6 分)据图2 分析，两种植物在培养过程中先停止生长的是____________(填“C3”或 “C4”)植物，判断依据是_____________________________________________________。 答案 (1)固定CO2 (2)叶绿体基质 都消耗了氧气，放出二氧化碳 (3)大于 光呼吸 (4)大于 光合色素的含量、酶的活性和数量等 (5)C3 开始时，两株植物的光合作用大于 呼吸作用，容器中CO2浓度下降，随着CO2的浓度下降至B 点时，C3植物净光合速率为0， 植株停止生长，而C4植物能够继续生长 解析 (1)根据图1，C4植物体内PEP 的作用是固定CO2，该过程发生在细胞质基质中。 (2)根据题干所给R 酶的作用是“催化C5与CO2反应”，而C5存在于叶绿体基质中，所以R 酶的存在场所是叶绿体基质；光呼吸与细胞呼吸的相同之处是都消耗了氧气，释放出二氧化 碳。(3)在相同的高温、高光照强度环境下，C4植物的光能转化为糖类中化学能的效率比C3 植物几乎高2 倍，则说明P 酶与CO2的亲和力大于R 酶，能够将更多的CO2固定下来，再通 过苹果酸定向运输和转化，提高了维管束鞘细胞中CO2浓度，提高了光能转化效率。高浓度 CO2与O2竞争R 酶的过程中占优势，抑制了光呼吸过程。(4)图2 中CO2浓度为B 点时，C3 植物CO2吸收速率为零，整个植株的光合作用强度等于呼吸作用强度，但叶肉细胞是进行光 合作用的主要部位，植株中还存在不进行光合作用的细胞，故叶肉细胞的光合作用强度大于 呼吸作用强度。C 点之后C3 和C4 植物均达到了CO2 饱和点，可能是受暗反应所需ATP、 NADPH 限制，也可能是暗反应过程所需酶已饱和，或酶的活性限制了光合作用，此时影响 C3植物和C4植物CO2吸收速率的内因有光合色素的含量、酶的活性和数量等。(5)将两种植 物各一株共同置于同一密闭容器中，开始时，两株植物的光合作用大于呼吸作用，随着实验 的进行，CO2浓度逐渐降低，当CO2浓度降低至B 点时，C3植物光合作用强度等于呼吸作用 强度，植株停止生长，此时C4植物CO2吸收速率大于零，植株仍可生长，因此C3植物先停 止生长。 9．(22 分)(2024·黑吉辽，21)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低 时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列 化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题： (1)反应①是______________过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH 的场所是______________和 ________________。 (3)(14 分)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基 因株系1 和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2 中植物光合作用CO2的来源除了有 外界环境外，还可来自____________和______________(填生理过程)。7～10 时株系1 和2 与WT 净光合速率逐渐产生差异，原因是__________________________________________。 据图3 中的数据________(填“能”或“不能”)计算出株系1 的总光合速率，理由是 __________________________________________________________________________。 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1 进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是 ___________________________________________________________________________。 答案 (1)CO2的固定 (2)细胞质基质 线粒体基质 (3)光呼吸 呼吸作用 净光合速率＝ 总光合速率－呼吸速率－光呼吸速率，7～10 时，随着光照强度的增加，与WT 相比，株系 1、株系2 因转基因，降低了光呼吸强度 不能 总光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率 ＋光呼吸速率，在图3 中，能看到净光合速率和呼吸作用速率，但无法得知光呼吸速率 (4)与株系2 和WT 相比，转基因株系1 的净光合速率最大 10．(12 分)(2024·重庆，18)重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢， 存在明显的光饱和(光合速率不再随光强增加而增加)和光抑制(光能过剩导致光合速率降低) 现象。 (1)探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员对黄连的光合特征进行了研究，结果见图1。 ①黄连的光饱和点约为________μmol·m－2·s－1。光强大于1 300 μmol·m－2·s－1后，胞间二氧 化碳浓度增加主要是由于__________________________________________________________。 ②推测光强对黄连生长的影响主要表现为_______________________________________。 黄连叶片适应弱光的特征有_______________________________________________(答2 点)。 (2)黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏(主要受损的部位是位于类囊体薄 膜上的色素蛋白复合体)，为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向(图2)的比例， 提升修复能力等防御机制，具体可包括________(多选)。 ①叶片叶绿体避光运动 ②提高光合产物生成速率 ③自由基清除能力增强 ④提高叶绿素 含量 ⑤增强热耗散 (3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可 采取的措施及其作用是________________________________________________________。 答案 (1)①500 光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加 ②黄连在弱 光随光强增加生长快速达到最大，光照过强其生长受到抑制 叶片较薄，叶绿素较多(叶色 深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更大) (2)①②③⑤ (3)合理施肥增加光合面 积，补充二氧化碳提高暗反应 解析 (2)为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向的比例，提升修复能力等防 御机制，具体可包括①叶片叶绿体避光运动(减少对光的吸收)、②提高光合产物生成速率(从 而提高光合速率消耗更多的光能)、③自由基清除能力增强(减少对光合结构的破坏)、⑤增强 热耗散；而④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收不能减轻光抑制。
