回歸課本之新教材的查缺補(bǔ)漏-03光呼吸（解析版）

回歸課本之新教材的查缺補(bǔ)漏-03光呼吸

專題3光呼吸

一、光呼吸

光呼吸是所有進(jìn)行光合作用的細(xì)胞在光照和高氧低二氧化碳情況下發(fā)生

的一個生化過程。該過程以光合作用的中間產(chǎn)物為底物，吸收氧、釋放二

氧化碳。其生化途徑和在細(xì)胞中的發(fā)生部位也與一般呼吸(也稱暗呼吸)不同。

1、起因：在生物體的進(jìn)化過程中產(chǎn)生了一種具有雙功能的酶，這個酶

的名字叫做RuBP竣化/加氧酶(核酮糖一1,5—二磷酸竣化/加氧酶)，可以

縮寫為Rubisco。核酮糖一1,5—二磷酸(RuBP)就是卡爾文循環(huán)中的C5。二氧

化碳和氧氣競爭性與Rubisco結(jié)合，當(dāng)二氧化碳濃度高時，Rubisco催化

RuBP與二氧化碳形成兩分子3—磷酸甘油酸(PGA),就是卡爾文循環(huán)中的

C3;進(jìn)行卡爾文循環(huán)；當(dāng)氧氣濃度高時，Rubisco催化RuBP與氧氣形成1分

子PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2),其中PGA進(jìn)入卡爾文循環(huán)，而磷酸乙醇酸脫去

磷酸基團(tuán)形成乙醇酸，乙醇酸離開葉綠體，進(jìn)行光呼吸?；具^程見下圖。

RJCO2卡

PGA(C3)—

I爾

竣化文

RuBPPGA(C3)—循

(C)環(huán)

5PGA(C)—

加氧3

n磷酸乙醇酸

高。2C2循環(huán)

(C2)

2、卡爾文循環(huán)和光呼吸的詳細(xì)過程：光合碳循環(huán)中催化CO2固定的核酮

糖一1,5—二磷酸竣化酶同時具有加氧酶的功能，催化RuBP的加氧反應(yīng)，

生成磷酸乙醇酸和3—磷酸甘油酸(PGA),磷酸乙醇酸被磷酸酯酶分解生成

乙醇酸，后者在乙醇酸氧化酶催化下氧化成乙醛酸；乙醛酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨反應(yīng)變?yōu)?/p>

甘氨酸后，由兩分子甘氨酸生成絲氨酸、CO2和NH3各一分子。這便是光呼

吸的釋放C02的反應(yīng)。絲氨酸以后轉(zhuǎn)變?yōu)榱u基丙酮酸，再被還原及磷酸化

成為PGA,后者又進(jìn)入光合碳循環(huán)。

CO2O2

每核酮糖-1,5-二

替磷酸(RuBPORu?is￡I①

磷酸乙醇酸（CJ

3-磷酸甘油酸

H2O

(PGA.C,0②

ADP+Pi73-磷酸甘Pi

ATP->?\

油醛（C：*）,乙醇酸（Q）

3-磷酸甘油酸

甘油酸（C：,）

一（PGA,C,）葉綠體

甘油酸（C：,）乙醇酸（G）

NAD+二⑦③解。

NADH乙醛酸I

羥基丙酮酸（Cl（C）HO+1/2O

f谷氨酸一222

?Ia-酮戊二酸,ZD|?___

甘氨酸麗團(tuán)

絲氨酸（C.3）

G）〔揚(yáng)C體,

NADHNAD+

絲氨酸??一—7——甘氨酸

（C.3）CC>2H?oNH：（C2）［線粒體）

3、光呼吸的危害

如果在較強(qiáng)光下，光呼吸加強(qiáng)，使得C5氧化分解加強(qiáng)，一部分碳以CO2

的形式散失，從而減少了光合產(chǎn)物的形成和積累。其次，光呼吸過程中消耗

了ATP和NADPH,即造成了能量的損耗。

4、光呼吸的意義

光呼吸和卡爾文循環(huán)是一種動態(tài)平衡，適當(dāng)?shù)墓夂粑鼘χ参矬w有一定積

極意義，這也許是進(jìn)化過程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意義如

下：

（1）回收碳元素。就是2分子的C2形成1分子的C3和C02,那1分子C3

通過光呼吸過程又返回到卡爾文循環(huán)中，不至于全部流失掉。即通過光呼吸

回收了3/4的碳元素。

（2）防止強(qiáng)光對葉綠體的破壞。強(qiáng)光時，由于光反應(yīng)速率大于暗反應(yīng)速率，

因此，葉肉細(xì)胞中會積累ATP和NADPH,這些物質(zhì)積累會產(chǎn)生自由基，尤

其是超氧陰離子，這些自由基能損傷葉綠體，而強(qiáng)光下，光呼吸加強(qiáng)，會消

耗光反應(yīng)過程中積累的ATP和NADPH,從而減輕對葉綠體的傷害。當(dāng)然

植物體還有很多避免強(qiáng)光下?lián)p傷葉綠體的機(jī)制。光呼吸算是其中之一。

（3）消除乙醇酸對細(xì)胞的毒害。

。例1

1.Rubisco是光合作用暗反應(yīng)中催化C02與RuBP結(jié)合的酶。該酶同時具有催化02與

RuBP結(jié)合的活性。當(dāng)C02濃度相對較高時，該酶催化CO2與RuBP結(jié)合生成C3,并進(jìn)

一步完成卡爾文循環(huán)。當(dāng)。2濃度相對較高時，該酶催化02與RuBP結(jié)合生成C3和C2,

C3進(jìn)入卡爾文循環(huán):C2最后在線粒體內(nèi)生成CO2該過程稱為光呼吸?？栁难h(huán)和光呼

吸的過程如圖所示。下列說法錯誤的是（）

A.卡爾文循環(huán)中，C3的還原需要消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH

B.CCh與RuBP結(jié)合的場所和02與RuBP結(jié)合的場所不同

C.溫室栽培蔬菜時增施有機(jī)肥，既減少光呼吸對光合產(chǎn)物的損耗又增加土壤肥力

D.干旱脅迫容易導(dǎo)致植物光呼吸強(qiáng)度增加

2.Rubisco酶是綠色植物光合作用過程中的關(guān)鍵酶，當(dāng)CO2濃度較高時，該酶催化CCh

與C5反應(yīng)進(jìn)行光合作用。當(dāng)02濃度較高時，該酶催化C5與02反應(yīng)，最后在線粒體內(nèi)

生成C02,植物這種在光下吸收02產(chǎn)生C02的現(xiàn)象稱為光呼吸。下列敘述錯誤的是（

A.綠色植物進(jìn)行光呼吸的場所有葉綠體基粒和線粒體

B.植物光呼吸的進(jìn)行導(dǎo)致光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物減少

C.Rubisco酶催化C02和C5反應(yīng)稱作三碳化合物的還原

D.光合作用的暗反應(yīng)過程需要光反應(yīng)提供NADPH和ATP

3.下圖所示為光合作用過程中部分物質(zhì)的代謝關(guān)系（①?⑤表示代謝途徑）。Rubisco是

光合作用的關(guān)鍵酶之一，CO2和02競爭與其結(jié)合，分別催化C5的竣化與氧化。C5竣

化固定C02合成糖；C5氧化則產(chǎn)生乙醇酸（C2）,C2在過氧化物酶體和線粒體協(xié)同下，

完成光呼吸碳氧化循環(huán)。據(jù)圖回答相關(guān)問題：

⑴利用方法，可以研究c元素在圖示代謝中轉(zhuǎn)移途徑。圖示中，類囊體膜

直接參與的代謝途徑有(從①?⑤中選填)，在紅光照射條件下，參與這些

途徑的主要色素是o在C2循環(huán)途徑中，乙醇酸進(jìn)入過氧化物酶體被繼續(xù)氧

化，同時生成了過氧化氫，過氧化氫再分解生成和H20。

(2)正常進(jìn)行光合作用的植物，突然停止光照，引起減少，導(dǎo)致暗反應(yīng)減弱，

C5與02結(jié)合增加，使細(xì)胞釋放的CO2(填“增加”或“減少”)。

(3)結(jié)合圖示分析，通過(填“提高”或“降低”)CO2/O2或者提高

可以降低光呼吸作用。

二、G途徑

1、基本概念

C4途徑是有一些植物對外界吸收的C02的固定反應(yīng)是在葉肉細(xì)胞的胞質(zhì)

溶膠中進(jìn)行的，在磷酸烯醇式丙酮酸般化酶的催化下將CO2連接到磷酸烯醇

式丙酮酸(PEP)上，形成四碳酸：草酰乙酸(0AA),這種固定C02的方式稱為

C4途徑。C4植物每同化1分子CO2,需要消耗5分子ATP和2分子NADPHo

2、光合作用C4途徑產(chǎn)生的原因

因?yàn)镃4植物中含有能固定CO2為C4的相關(guān)酶，即磷酸烯醇式丙酮酸竣

化酶，簡稱為PEP竣化酶(與CO2有很強(qiáng)的親和力)?？纱偈筆EP把大氣中

含量很低的CO2以C4的形式固定下來。C4植物這種獨(dú)特的作用，被形象的比

喻成“二氧化碳泵”。

3、C3植物與C4植物葉片結(jié)構(gòu)比較

Cs植物

C3植物葉片中維管束鞘細(xì)胞較小，其內(nèi)不含葉綠體，其葉肉細(xì)胞內(nèi)含有

典型的葉綠體，即可進(jìn)行光反應(yīng)又可進(jìn)行暗反應(yīng)。

C4植物葉片有“花環(huán)形結(jié)構(gòu)”的兩圈細(xì)胞，內(nèi)層為維管束鞘細(xì)胞，含有葉

綠體，只能進(jìn)行暗反應(yīng)。葉肉細(xì)胞中含典型葉綠體，能進(jìn)行光反應(yīng)，通過C4

途徑固定C02。

4、C4植物具有較高光合速率的因素

(1)C4植物的葉肉細(xì)胞中的PEP竣化酶(PEPC)對底物C02溶解產(chǎn)物

HCCh-的親和力極高,使細(xì)胞中有高濃度的CO2,從而促進(jìn)暗反應(yīng)，降低了光呼吸，

且光呼吸釋放的C02又易被再固定；

(2)高光強(qiáng)可產(chǎn)生更多的NADPH和ATP,以滿足C4植物C4循環(huán)對ATP

的額外需求；

(3)鞘細(xì)胞中的光合產(chǎn)物可就近運(yùn)入維管束，從而避免了光合產(chǎn)物累積

對光合作用可能產(chǎn)生的抑制作用。

這些都使C4植物可以具有較高的光合速率。

4.研究發(fā)現(xiàn)，玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一樣具有卡爾文循環(huán)(固定C02

的初產(chǎn)物為C3,簡稱C3途徑)外，還有另一條固定CO2的途徑，固定CO2的初產(chǎn)物為

C4,簡稱C4途徑，這種植物為C4植物，其固定C02的途徑如下圖。研究發(fā)現(xiàn)，C4植物

中PEP潼化酶對C02的親和力約是Rubisco酶的60倍。下列有關(guān)敘述錯誤的是()

B.高溫條件下，C4植物光合效率高的原因是氣孔不關(guān)閉

C.低濃度C02條件下，C4植物可能比C3植物生長得好

D.蘋果酸的主要作用是將葉肉細(xì)胞中的CO2轉(zhuǎn)入維管束鞘細(xì)胞

5.玉米葉肉細(xì)胞中的葉綠體較小數(shù)目也少但葉綠體內(nèi)有基粒；相鄰的維管束鞘細(xì)胞中

葉綠體較大數(shù)目較多但葉綠體內(nèi)沒有基粒。玉米細(xì)胞除C3途徑外還有另一條固定CO2

的途徑，簡稱C4途徑如下圖。研究發(fā)現(xiàn)，C4植物中PEP藪化酶對C02的親和力約是

Rubisc。酶的60倍。下列有關(guān)敘述錯誤的是（）

C3途徑和CO2的還

C4途徑（葉肉細(xì)

原（維管束鞘細(xì)胞

胞中的葉綠體）

中的葉綠體）

C4■■■■2c3^^NADPH

co2

PEP較化酶/多種酶V>NADP+

參加催化卜

C3（PEP）C5ATP

（丙.酸）：、、、^A~?ADP+Pi

ADP+PiATP（CH2O）

A.維管束鞘細(xì)胞中光合作用所利用的CO2都是C4分解釋放的

B.若葉肉細(xì)胞中光合作用速率大于細(xì)胞呼吸速率，植物的干重不一定增加

C.玉米的有機(jī)物是在維管束鞘細(xì)胞通過C3途徑合成的

D.干旱條件下C3途徑植物光合速率比C4途徑植物小

三、CAM途徑

1.光合作用CAM途徑基本定義

景天屬植物是一大類肉質(zhì)植物，景天酸代謝（crassulaceanacidmetabolism,

CAM）首先就是在這類植物中發(fā)現(xiàn)。景天屬植物夜間將吸收的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。

2.光合作用CAM途徑過程圖解

3、光合作用CAM途徑特點(diǎn)

(1)CAM途徑的形成，是與植物適應(yīng)干旱地區(qū)有關(guān)。白天缺水，氣孔

關(guān)閉，植物便利用前一個晚上固定的C02進(jìn)行光合作用。

(2)植物體在夜晚的有機(jī)酸含量十分高，而糖類含量下降；白天則相反，

有機(jī)酸下降，而糖分增多。

(3)由于利用的CO2含量有限，CAM途徑光合作用強(qiáng)度較低，生物產(chǎn)

量通常較低。

6.為了應(yīng)對外界環(huán)境的變化，植物在長期的進(jìn)化過程中逐漸形成了自己獨(dú)特的代謝過

程。根據(jù)光合作用中的碳同化途徑的不同，可把植物分為C3植物、C4植物和CAM植

物。C3植物為典型溫帶植物，如水稻、小麥；C4植物為典型熱帶或亞熱帶植物，如玉

米、甘蔗；CAM植物(景天科植物)為典型干旱地區(qū)植物，如仙人掌。下圖1、2、3

分別表示三類植物的光合作用的部分過程，請據(jù)圖回答下列問題：

葉肉細(xì)胞

大氣巾

*(co2A(多種酶憐

的C0?高〈總)

圖1

葉肉細(xì)胞維管束鞘細(xì)胞

多種酶

ADP+PiATP

圖3

（1）圖1中過程①進(jìn)行的場所是細(xì)胞的,過程②需要光反應(yīng)提供

oC3植物在干旱、炎熱的環(huán)境中，光合作用強(qiáng)度明顯減弱的原因是

⑵與C3植物相比，C4植物葉肉細(xì)胞中固定CO2的酶與CO2的親和力更強(qiáng)，使得C4植

物能利用,因此，C4植物對干旱環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。

（3）CAM植物葉肉細(xì)胞液泡的pH夜晚比白要（填“高”或“低，CAM植

物之所以適應(yīng)干旱地區(qū)的環(huán)境變化，是因?yàn)镃AM植物白天氣孔關(guān)閉進(jìn)行卡爾文循環(huán),

其利用的C02來源于；夜晚進(jìn)行過程。

7.某些植物可通過特有的景天酸代謝（CAM）途徑固定CO2。在夜晚，葉片的氣孔開

放，通過一系列反應(yīng)將C02固定成蘋果酸儲存在液泡中（甲）；在白天，葉片氣孔關(guān)閉，

蘋果酸運(yùn)出液泡后放出CO2,供葉綠體進(jìn)行暗反應(yīng)（乙）。下列關(guān)于CAM植物的敘述，

母牛的是（）

A.在白天，葉肉細(xì)胞能產(chǎn)生ATP的部位只有線粒體

B.該植物細(xì)胞在夜晚不能持續(xù)進(jìn)行光合作用合成有機(jī)物

C.CAM途徑的出現(xiàn)，可能與植物適應(yīng)干旱條件有關(guān)

D.若下午突然降低外界CO2濃度，C3的含量突然減少

專項(xiàng)達(dá)標(biāo)

8.綠色植物在進(jìn)行光合作用時會同時伴隨發(fā)生一種消耗能量、吸收和釋放CO2的現(xiàn)象,

被稱為光呼吸。下圖為光呼吸的關(guān)系示意圖。下列有關(guān)說法錯誤的是（）

A.光呼吸吸收02、釋放CO2的場所分別是葉綠體、線粒體

B.在光照條件下，若葉肉細(xì)胞中02含量下降、C02含量升高，會促進(jìn)光呼吸

C.溫室栽培蔬菜時可通過增施有機(jī)肥減少光呼吸對光合產(chǎn)物的損耗

D.干旱高溫等逆境條件下，植物的光呼吸會增強(qiáng)

9.科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)觀察到，正在進(jìn)行光合作用的葉片突然停止光照后，短時間內(nèi)會釋

放出大量的C02,這一現(xiàn)象被稱為“C02的猝發(fā)”。研究表明植物除了細(xì)胞呼吸外還存在

另一個釋放CO2的途徑——光呼吸。圖為適宜條件下某植物葉片遮光前co2吸收速率

和遮光后C02釋放速率隨時間變化的曲線（單位：pmol-m2s-i）,下列說法正確的是（）

A.突然遮光，短時間內(nèi)葉綠體中C5的含量會上升

B.光照條件下該植物產(chǎn)生ATP的場所是葉綠體

C.若降低光照強(qiáng)度，則圖形A、B的面積均變小速率

D.該植物在光照條件下葉綠體固定CO2的速率為12pimo卜nr2sl

10.景天酸代謝（CAM）途徑屬于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚氣孔開放，通過一

系列反應(yīng)將CO2固定于蘋果酸，并儲存在液泡中（甲）；白天氣孔關(guān)閉，蘋果酸運(yùn)出液泡

后放出CO2,供葉綠體的暗反應(yīng)（乙）利用。下列關(guān)于這類植物的敘述錯誤的是（）

甲

A.在夜晚，葉肉細(xì)胞能產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器有線粒體和葉綠體

B.景天酸代謝途徑的出現(xiàn)，可能與植物適應(yīng)干旱條件有關(guān)

C.給植物提供14c標(biāo)記的14co2,i4C可以出現(xiàn)在OAA、蘋果酸、C3和有機(jī)物中

D.在上午某一時刻，突然降低外界的CO2濃度，葉肉細(xì)胞中C3的含量短時間內(nèi)不變

11.光合作用的暗反應(yīng)過程被稱為碳同化。植物在長期進(jìn)化過程中逐漸形成了多種碳同

化途徑，如圖1、圖2、圖3所示，請據(jù)圖回答下列問題:

ABCD

光能2LCH20k?萄糖

出

二3丙酮乙?一酰丙酮躥酸、1隹

■^ATP

>NADP>co2

H200

C02

圖1：C3植物碳元素代謝途徑示意圖

C4植物「光合

葉肉細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)維管束鞘細(xì)胞葉綠體?產(chǎn)物

co2-*co

C

3Rubisco酶.「

C3?C3

圖2：C4植物光合作用過程示意圖

圖3：CAM植物光合作用過程示意圖

（1）圖1中的①、②、③、④表示物質(zhì)，A、B、C、D表示生理過程，則①和④分別表

示,在A、B、C、D中，能產(chǎn)生ATP的過程有（填字母）。

⑵在C4植物中，PEP化酶對C02的親和力約是Rubisco酶的60倍，在顯微鏡下觀察

C4植物玉米的葉片發(fā)現(xiàn)，葉肉細(xì)胞包圍在維管束鞘細(xì)胞四周，形成花環(huán)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖

2推測，維管束鞘細(xì)胞中CO2濃度（填“高于”或“低于”）葉肉細(xì)胞中的CO2濃度。

（3）由圖3推測，CAM植物葉肉細(xì)胞液泡的pH夜晚比白天要（填“高”或“低。

CAM植物白天氣孔關(guān)閉，用于光合作用的CO2來源于o

（4）由圖2和圖3可知,C4植物和CAM植物捕獲CO2和生成有機(jī)物的反應(yīng)分別是在_____

（填“時間”或“空間”）上分離，這兩種途徑都有利于植物適應(yīng)環(huán)境。

12.小麥體內(nèi)只有一條固定CO2的途經(jīng)一卡爾文循環(huán)，也稱為C3途經(jīng)；甘蔗除了具

有C3途經(jīng)外，還有另外一條途經(jīng)，即C4途經(jīng)。比較甘蔗和小麥的葉片結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，小麥

的維管束鞘細(xì)胞不含葉綠體，光合作用的全過程在葉肉細(xì)胞葉綠體中完成。而甘蔗的葉

肉細(xì)胞的葉綠體中基粒發(fā)達(dá)，維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中無基粒。甘蔗細(xì)胞暗反應(yīng)中CO2

固定過程如下圖所示，能有效利用較低濃度的CO2。下列錯誤的是（）

葉肉細(xì)胞維管束鞘細(xì)

中的葉綠體胞中的葉綠體

C02------->TC4（草酰乙酸）fC4（蘋果酸）----->co2（3-磷酸該油酸）

胞間連絲“N/2C、

C3（PEP）（\

T____________1C5（RUBP）酶

~/~\/

ADP+PiATP（丙酮酸）、_

（CH2O）—

A.干旱環(huán)境小麥光合作用速率比甘蔗大

B.甘蔗葉肉細(xì)胞不能通過卡爾文循環(huán)產(chǎn)生有機(jī)物

C.甘蔗、小麥光反應(yīng)的場所發(fā)生在葉肉細(xì)胞中

D.甘蔗、小麥暗反應(yīng)過程中CCh的受體不完全相同

13.黑藻固定CCh有兩條途徑（如圖）：①CCh在核酮糖-1,5-二磷酸較化酶（Rubisco）

催化下直接與C5反應(yīng)生成C3；②CO2先在磷酸烯醇式丙酮酸竣化酶（PEPC）催化下與

磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）反應(yīng)生成C4（四碳化合物），當(dāng)C4儲存到一定量時分解放出

CO2參與暗反應(yīng)。已知PEPC對CO2親和力是Rubisco的幾十倍。

回答下列問題：

（1）由圖可知，丙酮酸轉(zhuǎn)化為PEP的過程屬于（填“吸能”或“放能”）反應(yīng)。黑藻細(xì)

胞固定C02的具體場所是oC3的還原需要提供能量。

(2)研究發(fā)現(xiàn)黑藻經(jīng)低濃度CO2處理后，PEPC與Rubisco的活性比值由0.47上升到4.17,

試分析發(fā)生這一變化的意義：。黑藻具有這種生理特性是長期的結(jié)果。

(3)為了探究在低濃度CCh處理下黑藻固定CCh途徑改變的分子機(jī)制，研究人員檢測了

低濃度CCh處理前后黑藻體內(nèi)兩種PEPC基因的表達(dá)情況，結(jié)果如圖所示。

處理前處理后

由圖可知，在低濃度CO2處理下黑藻固定CO2途徑改變的分子機(jī)制是O

14.光呼吸可使大豆、水稻和小麥等作物的光合效率降低20%至50%,造成產(chǎn)量損失。

光呼吸是由于。2競爭性地結(jié)合到卡爾文循環(huán)關(guān)鍵酶Rubisco酶上，引起核酮糖1,5-

磷酸(C5)加氧分解。下圖1表示葉肉細(xì)胞中有關(guān)代謝，其中①?④代表光呼吸過程。請

據(jù)圖回答下列問題:

淀粉

丙糖磷酸‘線粒體'

ADP

卡爾文循環(huán)甘油酸

C0

相⑦⑤ATP/：/2

y

°2②④

'、'。2

2-磷酸甘油酸乙醇酸

葉綠體［過氧化物酶體,

圖1

【

(30

S?

SZ

/25

IoooO

OO?????

且20

C?□口□□□

葉肉細(xì)胞維管束鞘細(xì)胞

>〕15?0

第10□□野生型

大氣中3?

5oAP

叵口oAP+RNA干擾

CO~0

00

5O川5

0000200)0

途

徑

胞間CO2濃度(pbar)

圖2圖3

(1)在紅光照射條件下，參與途徑①的主要色素是；Rubisco酶主要分布在一

中，催化CO2與C5結(jié)合，生成2分子C3,影響該反應(yīng)的內(nèi)部因素有(寫出兩

個）。

（2）當(dāng)環(huán)境中Ch與CO2含量比值_______（填“偏高”或“偏低”）時，葉片容易發(fā)生光呼吸。

正常光合的葉片，突然停止光照后葉片會出現(xiàn)快速釋放CO2現(xiàn)象（C02猝發(fā)），試解釋這

一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：O

（3）從能量代謝分析，光呼吸與有氧呼吸最大的區(qū)別是o

⑷水稻、小麥屬于C3植物，而高粱、玉米屬于C4植物，其特有的C4途徑如圖2所示。

根據(jù)圖中信息推測，PEP竣化酶比Rubisco酶對CO2的親和力o葉肉細(xì)胞包圍

在維管束鞘細(xì)胞四周，形成花環(huán)狀結(jié)構(gòu)，根據(jù)此結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)一步推測C4植物光呼吸

比C3植物=

（5）根據(jù)對光呼吸機(jī)理的研究，科研人員利用基因編輯手段設(shè)計(jì)了只在葉綠體中完成的光

呼吸替代途徑AP（依然具有降解乙醇酸產(chǎn)生CO2的能力）。同時利用RNA干擾技術(shù)，降

低葉綠體膜上乙醇酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)量。檢測三種不同類型植株的光合速率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如圖3所示。據(jù)此回答：當(dāng)胞間CO?濃度較高時，三種類型植株中，AP+RNA干擾型

光合速率最高的原因可能是、,進(jìn)而促進(jìn)光合作用過程。

參考答案:

1.B

【分析】由題干信息可知，植物在光下會進(jìn)行一種區(qū)別于光合作用和呼吸作用的生理作用，

即光呼吸作用，該作用在光下吸收02產(chǎn)生CO2,該現(xiàn)象與植物的Rubisc。酶有關(guān)，它催化

五碳化合物反應(yīng)取決于CO2和02的濃度，當(dāng)C02的濃度較高時，會進(jìn)行光合作用的暗反應(yīng)

階段，當(dāng)。2的濃度較高時，會產(chǎn)生三碳化合物進(jìn)入線粒體中進(jìn)行光呼吸。

【詳解】A、卡爾文循環(huán)中，C3的還原需要能量和還原劑，故需要消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP

和NADPH,A正確；

B、催化RuBP與CO2結(jié)合與催化RuBP與02結(jié)合的是同一種酶(Rubisco),說明C02與RuBP

結(jié)合的場所和。2與RuBP結(jié)合的場所相同，均在葉綠體基質(zhì)，B錯誤；

C、在有光條件下，若葉肉細(xì)胞中02含量下降，C02含量升高，會抑制光呼吸過程，因此溫

室栽培蔬菜時可通過增施有機(jī)肥措施，微生物分解有機(jī)物時消耗。2,產(chǎn)生CO2和無機(jī)鹽，

既減少光呼吸對光合產(chǎn)物的損耗又增土壤的肥力，C正確；

D、由于干旱時，溫度很高，蒸騰作用很強(qiáng)，氣孔大量關(guān)閉，導(dǎo)致C02濃度降低，Rubisco

更易于與O2結(jié)合，導(dǎo)致光呼吸增強(qiáng)，D正確。

故選B。

2.AC

【分析】光合作用的過程及場所：光反應(yīng)發(fā)生在類囊體薄膜中，主要包括水的光解和ATP

的合成兩個過程;暗反應(yīng)發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，主要包括C02的固定和C3的還原兩個過程。

【詳解】A、光呼吸是植物在當(dāng)02濃度較高時，Rubisco酶催化C5與02反應(yīng)，最后在線粒

體內(nèi)生成C02的過程，涉及到的場所有葉綠體基質(zhì)和線粒體，A錯誤；

B、植物光呼吸的進(jìn)行利用了C5,影響CO2的固定，導(dǎo)致光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物減少，B正

確；

C、Rbisco酶催化CO2和C5反應(yīng)稱作二氧化碳的固定，C錯誤；

D、光合作用的暗反應(yīng)過程需要光反應(yīng)提供NADPH和ATP參與C3的還原，D正確。

故選AC。

3.(1)同位素標(biāo)記③葉綠素。2

(2)ATP和NADPH增加

(3)提高Rubisco與CO?的親和力

【分析】分析題圖：①表示02與C5反應(yīng)產(chǎn)生乙醇酸（C2）；②表示CO2和C5反應(yīng)生成C3；

③表示H+與NADP+結(jié)合生成NADPH；④表示C2在過氧化物酶體和線粒體協(xié)同下，完成光

呼吸碳氧化循環(huán)；⑤表示C3的還原。

【詳解】（1）可以用同位素標(biāo)記法研究碳元素的轉(zhuǎn)移途徑。在光合作用過程中，類囊體膜上

發(fā)生的是光反應(yīng)，水被分解成氧氣并生成NADPH,同時伴隨著ATP的生成，故可以發(fā)生③

過程（H+與NADP+結(jié)合生成NADPH）。在光合色素中，葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，類

胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，在紅光照射條件下，參與代謝途徑的主要色素是葉綠素（葉綠素

a和葉綠素b）。在C2循環(huán)途徑中，乙醇酸進(jìn)入過氧化物酶體被繼續(xù)氧化，并生成過氧化氫，

過氧化氫會被過氧化物酶體中的過氧化氫酶催化為水和氧氣。

（2）對正常進(jìn)行光合作用的植物突然停止光照，則光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的ATP和［H］減少，

導(dǎo)致暗反應(yīng)減弱；

C5與。2結(jié)合增加，在過氧化物酶體和線粒體協(xié)同下，生成的C02增加。

（3）當(dāng)C02的含量較高，。2含量較低時，C5與CO2結(jié)合較多，與。2結(jié)合較少，可以降低

光呼吸作用，另外，還可以通過提高Rubisco與CO2的親和力，從而降低光呼吸作用。

4.B

【分析】光合作用包括光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段，光反應(yīng)在類囊體薄膜上進(jìn)行，暗反應(yīng)在葉

綠體基質(zhì)中進(jìn)行。

【詳解】A、圖中C02進(jìn)入葉肉細(xì)胞后，與磷酸烯醇式丙酮酸結(jié)合，生成草酰乙酸，A正確；

B、高溫條件下，C4植物光合效率高的原因是C4植物中PEP竣化酶對CO2的親和力遠(yuǎn)大于

Rubisco酶，故C4植物能夠利用較低濃度的C02進(jìn)行光合作用，B錯誤；

C、低濃度CO2條件下，C4植物能夠利用低濃度的CO2進(jìn)行光合作用，C3植物則不能，因

此C4植物可能比C3植物生長得好，C正確；

D、由圖可知，蘋果酸的主要作用是將葉肉細(xì)胞中的CO2轉(zhuǎn)入維管束鞘細(xì)胞，D正確。

故選B。

5.A

【分析】玉米存在C3和C4兩個途徑，夏季正午時會因氣孔關(guān)閉，C02吸收減少，但C4途

徑中的PEP竣化酶對CO2的親和力很高，CO2通過C4途徑進(jìn)入C3途徑，固定形成C3,C3

被還原形成糖類物質(zhì)。

【詳解】A、在玉米的維管束鞘細(xì)胞中光合作用所利用的CO2來源有C4分解釋放的和細(xì)胞

呼吸產(chǎn)生的，A錯誤

B、若葉肉細(xì)胞中光合作用速率大于細(xì)胞呼吸速率，但對于整個植株來說，還有部分不能進(jìn)

行光合作用的細(xì)胞也要通過呼吸作用消耗有機(jī)物，故植物的干重不一定增加，B正確；

C、玉米的維管束鞘細(xì)胞能進(jìn)行光合作用暗反應(yīng)，故玉米的有機(jī)物是在維管束鞘細(xì)胞通過

C3途徑合成的，C正確；

D、在干旱條件下，植物葉片中的氣孔部分關(guān)閉，導(dǎo)致植物吸收的C02減小，相比于C3途

徑，C4途徑中的PEP便化酶對C02的親和力很高，C4進(jìn)入維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中分解產(chǎn)

生C02,故C3途徑植物光合速率比C4途徑植物小，D正確。

故選Ao

6.(1)葉綠體基質(zhì)NADPH和ATP干旱炎熱的環(huán)境中，植物為了減少蒸騰作

用，氣孔大量關(guān)閉，造成CO2進(jìn)入葉片組織大幅減少，導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度明顯減弱

⑵更低濃度的CO2

(3)低蘋果酸分解和細(xì)胞呼吸CO2的固定

【分析】圖1：①是二氧化碳的固定，②是三碳化合物的還原。

圖2：C4植物是在葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中進(jìn)行CO2的固定的，

C4植物是在不同細(xì)胞中進(jìn)行CO2的固定。

圖3：CAM植物是晚上在葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進(jìn)行CO2固定，白天在葉肉細(xì)胞葉綠體中

進(jìn)行CO2固定的，所以CAM植物是在不同時間進(jìn)行CO2固定。

【詳解】(1)圖1中過程①表示二氧化碳的固定，其進(jìn)行的場所是細(xì)胞的葉綠體基質(zhì)，過程

②表示三碳化合物的還原，此過程需要光反應(yīng)提供NADPH和ATP。C3植物在干旱、炎熱

的環(huán)境中，因?yàn)橹参餅榱朔乐拐趄v作用散失大量水分，所以氣孔大量關(guān)閉，故而影響了二氧

化碳的吸收，導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度明顯減弱。

(2)與C3植物相比，C4植物葉肉細(xì)胞中固定CO2的酶與CCh的親和力更強(qiáng)，故C4可以利

用低濃度的二氧化碳，使得C4植物對干旱環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。

(3)CAM植物在夜晚要儲存二氧化碳到液泡，故pH夜晚比白天要低，CAM植物白天氣

孔關(guān)閉，由圖可知，卡爾文循環(huán)利用的CCh來源于蘋果酸分解和細(xì)胞呼吸。因?yàn)樯钤诟?/p>

旱炎熱的環(huán)境中，為應(yīng)對外界環(huán)境，CAM植物白天關(guān)閉氣孔可降低蒸騰作用以減少水分的

散失，夜晚進(jìn)行CO2的固定過程。

7.AD

【分析】光合作用，通常是指綠色植物(包括藻類)吸收光能，把二氧化碳和水合成有機(jī)物,

同時釋放氧氣的過程。光合作用分為光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段。光反應(yīng)階段的特征是在光驅(qū)

動下生成氧氣、ATP和NADPH的過程。暗反應(yīng)階段是利用光反應(yīng)生成NADPH和ATP使

氣體二氧化碳還原為糖。由于這階段基本上不直接依賴于光，而只是依賴于NADPH和ATP

的提供，故稱為暗反應(yīng)階段。

【詳解】A、在白天，葉肉細(xì)胞能進(jìn)行光合作用和呼吸作用，故能產(chǎn)生ATP的部位是葉綠體、

線粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，A錯誤；

B、夜晚沒有光照，光反應(yīng)不能進(jìn)行，無法為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH,故在夜晚不能持

續(xù)進(jìn)行光合作用合成有機(jī)物，B正確；

C、CAM途徑的出現(xiàn)，能夠適應(yīng)干旱環(huán)境，干旱條件下氣溫較高，氣孔開放程度較低，因

此白天能從外界吸收的CO2不多，C正確；

D、CAM植物在白天氣孔關(guān)閉，突然降低外界C02濃度，不會影響細(xì)胞間CO2濃度，C3的

含量不會突然減少，D錯誤。

故選AD?

8.B

【分析】由圖可知，光呼吸和光合作用的安放映都利用C5作為原料，但光合作用的暗反應(yīng)

階段通過C3的還原生成糖類和C5,實(shí)現(xiàn)了C5的再生，而光呼吸將C5徹底氧化分解生成

C02.

【詳解】A、由圖可知，光呼吸吸收02、釋放C02的場所分別是葉綠體、線粒體，A正確；

B、在光照條件下，若葉肉細(xì)胞中02含量下降、CO2含量升高，會抑制光呼吸過程，B錯誤；

C、溫室栽培蔬菜時可通過增施有機(jī)肥，既減少光呼吸對光合產(chǎn)物的損耗并增強(qiáng)土壤的肥力，

C正確；

D、由于干旱高溫時，蒸騰作用很強(qiáng)，氣孔大量關(guān)閉，導(dǎo)致CO2濃度降低，C5更易于與02

結(jié)合，導(dǎo)致光呼吸增強(qiáng)，D正確。

故選B。

9.D

【分析】圖像反映了遮光前后植物吸收或釋放CO2速率變化，在遮光后短時間內(nèi)C02釋放

速率明顯超過細(xì)胞在同等條件下細(xì)胞呼吸作用釋放CO2速率。從圖形可看出當(dāng)遮光一段時

間后C02釋放速率達(dá)到穩(wěn)定，由于遮光后植物沒有光合作用只有呼吸作用，所以B值就應(yīng)

代表該植物呼吸作用釋放二氧化碳速率,B+C是代表在遮光短時間內(nèi)釋放CO2速率最大值，

因此C代表遮光后短時間內(nèi)除呼吸作用釋放二氧化碳外其他途徑釋放二氧化碳速率。

【詳解】A、當(dāng)突然遮光，光照強(qiáng)度降低，光反應(yīng)減弱，光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP減少，

C3的還原減弱，C5的生成減少，而C02的固定依舊在進(jìn)行，C5的消耗暫時不變，故C5減少，

A錯誤；

B、光照條件下，植物既進(jìn)行光合作用，也進(jìn)行呼吸作用，因此葉綠體和線粒體都會產(chǎn)生ATP,

B錯誤；

C、由于遮光后植物沒有光合作用只有呼吸作用所以B值就應(yīng)代表該植物呼吸作用釋放二氧

化碳速率，若C代表遮光后短時間內(nèi)除呼吸作用釋放二氧化碳外其他途徑釋放二氧化碳速

率，降低光照強(qiáng)度，光合作用降低，圖形A面積變小，圖形B代表的是呼吸作用，其面積

不會變小，C錯誤；

D、據(jù)題可知，該植物光呼吸速率為5-3=2nmol-m2s-i,該植物在光照下葉綠體固定CO2的

速率為7+3+2=12|imol-nr2.s-i,D正確。

故選D。

10.A

【分析】植物在光照條件下進(jìn)行光合作用，光合作用分為光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段，光反應(yīng)

階段在葉綠體的類囊體薄膜上進(jìn)行水的光解，產(chǎn)生ATP和NADPH,同時釋放氧氣，ATP

和NADPH用于暗反應(yīng)階段三碳化合物的還原，細(xì)胞的呼吸作用不受光照的限制，有光無光

都可以進(jìn)行，為細(xì)胞的各項(xiàng)生命活動提供能量。

【詳解】A、在夜晚，葉肉細(xì)胞只能通過細(xì)胞呼吸產(chǎn)生ATP,即產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器是線粒體，

A錯誤；

B、具有景天酸代謝途徑的植物，氣孔白天關(guān)閉，可以減少蒸騰作用，夜晚氣孔張開吸收二

氧化碳，可以適應(yīng)干旱的環(huán)境條件，B正確；

C、具有景天酸代謝途徑的植物，晚上氣孔開放，"CO?進(jìn)入細(xì)胞后在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中與PEP

結(jié)合生成OAA,然后再轉(zhuǎn)化為蘋果酸而被固定。白天蘋果酸運(yùn)出液泡后放出14co2,14co2

首先與五碳化合物結(jié)合生成三碳化合物，隨后三碳化合物被還原生成有機(jī)物，即14c可以出

現(xiàn)在OAA、蘋果酸、C3和有機(jī)物中，C正確；

D、由于該植物白天氣孔關(guān)閉，所以在上午某一時刻，突然降低外界的CO2濃度，對于該葉

肉細(xì)胞來說，其暗反應(yīng)不受影響，即C3的含量不受影響，短時間內(nèi)不變，D正確。

故選Ao

11.(1)。2、C5ACD

⑵高于

⑶低液泡中的蘋果酸經(jīng)脫竣作用釋放C02

（4）空間、時間

【分析】圖1是光合作用和有氧呼吸過程示意圖，其中A、B、C、D分別表示光合作用的

光反應(yīng)階段、光合作用暗反應(yīng)階段、有氧呼吸第一階段、有氧呼吸二三階段。

C4植物是在葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中進(jìn)行C02的固定的，C4植物

是在不同細(xì)胞中進(jìn)行C02的固定，而CAM植物是晚上在葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進(jìn)行CO2

固定，白天在葉肉細(xì)胞葉綠體中進(jìn)行C02固定的，所以CAM植物是在不同時間進(jìn)行C02

固定。

【詳解】（1）由圖1分析可知，①是水光解產(chǎn)生的。2,④是參與C02固定的C5。C過程是

有氧呼吸第一階段，發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。D表示的過程是有氧呼吸二三階段。合成ATP

的過程有A光反應(yīng)階段，C有氧呼吸第一階段和D有氧呼吸二、三階段。

（2）PEP化酶對CCh的親和力約是Rubisco酶的60倍，結(jié)合圖2推測，維管束鞘細(xì)胞中

CO2濃度（消耗較慢）高于葉肉細(xì)胞中的C02濃度。

（3）CAM植物在晚上氣孔張開，吸收二氧化碳變成蘋果酸，蘋果酸進(jìn)入液泡儲存起來，白

天蘋果酸分解釋放出二氧化碳用于卡爾文循環(huán)，因此CAM植物葉肉細(xì)胞液泡的pH夜晚比

白天要“低”。根據(jù)圖3顯示，CAM植物白天進(jìn)行光合作用所需CO2的來源有液泡中的蘋果

酸經(jīng)脫竣作用釋放C02和細(xì)胞的呼吸作用產(chǎn)生。

（4）C4植物捕獲和固定CO2的反應(yīng)在空間上分離（在葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞中分別進(jìn)行

C02的捕獲和固定）CAM植物捕獲和固定CCh的反應(yīng)在時間上分離（晚上捕獲，白天固定）。

12.A

【分析】根據(jù)題干信息和圖形分析：在甘蔗葉肉細(xì)胞中PEP（C3）將CCh固定成C4（草酰

乙酸），C4的進(jìn)一步反應(yīng)產(chǎn)物可轉(zhuǎn)運(yùn)到甘蔗的維管束鞘細(xì)胞中去釋放出CO2,同時產(chǎn)生C3

（丙酮酸），丙酮酸進(jìn)入葉肉細(xì)胞的葉綠體進(jìn)一步反應(yīng)生成PEP；而釋放出的CO2又可與

RuBP（核酮糖二磷酸）結(jié)合進(jìn)生成C3。

【詳解】A、小麥體內(nèi)只有一條固定CCh的途經(jīng)，即卡爾文循環(huán)；甘蔗除了具有C3途經(jīng)外，

還有C4途經(jīng)，能有效利用較低濃度的CO2,因此在干旱環(huán)境中，小麥葉片氣孔關(guān)閉，吸收

C02較少，小麥光合作用速率比甘蔗小，A錯誤；

B、由圖可知：甘蔗有機(jī)物的生成是在維管束鞘細(xì)胞中經(jīng)過卡爾文循環(huán)合成的，而葉肉細(xì)胞

只進(jìn)行C4途徑，不形成有機(jī)物，故甘蔗葉肉細(xì)胞不能通過卡爾文循環(huán)產(chǎn)生有機(jī)物，B正確；

C、甘蔗的葉