2024届人教版高中生物一轮复习素养加强课2光合作用和细胞呼吸的综合学案

这是一份2024届人教版高中生物一轮复习素养加强课2光合作用和细胞呼吸的综合学案，共22页。

提升点1　光合作用与呼吸作用过程及物质和能量的联系


1．物质名称：b．O2，c．ATP，d．ADP，e．NADPH，f．C5，g．CO2，h．C3。
2．生理过程及场所
序号
①
②
③
④
⑤
生理过程
光反应
暗反应
有氧呼吸第一阶段
有氧呼吸第二阶段
有氧呼吸第三阶段
场所
叶绿体类囊
体的薄膜
叶绿体基质
细胞质
基质
线粒体基质
线粒体内膜
3．物质方面
C：CO2C6H12O6丙酮酸CO2
O：H2OO2H2OCO2有机物
H：H2ONADPHC6H12O6[H]H2O
4．能量方面
光能ATP和NADPH中活跃的化学能
C6H12O6中稳定的化学能

1．(2022·河北邢台检测)如图表示植物光合作用、细胞呼吸中氧的转移过程。下列叙述正确的是(　　)
H2OO2H2OCO2C3(CH2O)
A．过程①②④都有ATP生成
B．过程②③进行的场所不同
C．过程②⑤所需[H]全部来源于过程①
D．过程①③⑤都需在生物膜上进行
B　[④过程中没有ATP生成，A项错误；过程②进行的场所是线粒体内膜，过程③进行的场所是线粒体基质，B项正确；过程⑤所需[H]来源于过程①，过程②所需[H]来源于有氧呼吸的第一和第二阶段，C项错误；过程①③⑤进行的场所分别是叶绿体类囊体的薄膜、线粒体基质和叶绿体基质，D项错误。]
2．(2022·江苏南京模拟)如图①～⑥表示菠菜叶肉细胞代谢过程中碳元素和氢元素的转移途径，下列叙述错误的是(　　)

A．过程①②③不在生物膜上进行
B．参与过程②③⑤的酶种类不同
C．过程②③④⑤都有ATP产生
D．过程③产生的[H]中的氢元素全部来自丙酮酸
D　[过程①发生在叶绿体基质，过程②发生在细胞质基质，过程③发生在线粒体基质，A正确；②③⑤三个过程是不同的反应，根据酶的专一性，推知参与过程②③⑤的酶种类不同，B正确；过程②③④为有氧呼吸，产生ATP，过程⑤为光反应，也产生ATP，C正确；过程③中产生的[H]中的氢元素来自丙酮酸和水，D错误。]
(教师用书独具)
1．如图表示在有氧条件下某高等植物体内有关的生理过程示意图，①～⑤表示有关过程，X、Y、Z和W表示相关物质。请据图判断下列说法，错误的是(　　)

A．X、Y、Z物质分别表示C3、丙酮酸和ATP
B．①～⑤过程中能产生ATP的有①②③④
C．②⑤过程分别表示C3的还原和CO2的固定
D．光合速率小于呼吸速率时，④过程产生的CO2会释放到细胞外
B　[据图可知，物质X是CO2固定的产物，所以X表示C3；物质Y是葡萄糖在酶的作用下分解成CO2的中间产物，所以Y表示丙酮酸；物质Z是光反应产生用于暗反应的ATP，A项正确。图中①过程表示光反应，能产生ATP；②过程表示暗反应中C3的还原，消耗ATP而不能产生ATP；③过程表示有氧呼吸的第一阶段，能产生ATP；④过程表示有氧呼吸的第二阶段(或第二、三阶段)，能产生ATP；⑤过程表示暗反应中CO2的固定，不能产生ATP，B项错误，C项正确。光合速率小于呼吸速率时，④过程产生的CO2要比⑤过程消耗的CO2多，所以会有一部分CO2释放到细胞外，D项正确。]
2．(2023·山东济南联考)如图为植物细胞代谢的部分过程简图，①～⑦为相关生理过程。下列有关叙述不正确的是(　　)

A．若植物缺Mg，则首先会受到显著影响的是③
B．②的进行与⑤⑥密切相关，与③⑦无直接关系
C．叶肉细胞中③发生在类囊体的薄膜上，④发生在叶绿体基质中
D．叶肉细胞③中O2的产生量等于⑥中O2的消耗量，则一昼夜该植物体内有机物的总量不变
D　[叶肉细胞③中O2的产生量等于⑥中O2的消耗量，则叶肉细胞的净光合量为0。植物体中不含叶绿体的细胞的细胞呼吸要消耗有机物，夜间植物体的细胞也要消耗有机物。因此，一昼夜该植物体内有机物的总量会减少。]
提升点2　真正(总)光合速率和表观(净)光合速率的关系及其速率测定

1．真正(总)光合速率、表观(净)光合速率和细胞呼吸速率的关系
(1)内在关系
①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正(总)光合速率＝表观(净)光合速率＋细胞呼吸速率。
(2)判定方法
①根据坐标曲线判定

a．当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，则该值的绝对值代表细胞呼吸速率，该曲线代表表观(净)光合速率，如图甲。
b．当光照强度为0时，光合速率也为0，该曲线代表真正(总)光合速率，如图乙。
②根据关键词判定
检测指标
细胞呼吸速率
表观(净)
光合速率
真正(总)
光合速率
CO2
释放量(黑暗)
吸收量(植物)、
减少量(环境)
利用量、固定量、消耗量
O2
吸收量(黑暗)、消耗量(黑暗)
释放量(植物)、
增加量(环境)
产生量、生成量、制造量、合成量
葡萄糖
消耗量(黑暗)
积累量、增加量
产生量、生成量、制造量、合成量
2．光合速率的测定方法
(1)液滴移动法

①测定呼吸速率
a．装置小烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液，用于吸收CO2。
b．玻璃钟罩应遮光处理，目的是排除光合作用的干扰。
c．置于适宜温度环境中。
d．红色液滴向左移动，单位时间内移动距离代表呼吸速率。
②测定净光合速率
a．装置小烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于维持容器内CO2浓度的恒定。
b．给予较强光照处理，且温度适宜。
c．红色液滴向右移动，单位时间内移动距离代表净光合速率。
③误差校正
为排除温度、气压等因素引起的气体体积膨胀，应设计对照实验。对照实验与如图不同之处在于不放植物或放置死亡的植物。
④真正(总)光合速率＝表观(净)光合速率＋呼吸速率。
(2)黑白瓶法——测溶氧量的变化
①“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量。总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋有氧呼吸量(强度)。
②有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量为有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
③在没有初始值的情况下(初始值设为X)，白瓶中测得的现有量(设为M)－黑瓶中测得的现有量(设为N)＝总光合作用量，即(X－N)＋(M－X)＝M－N。
注：该方法假设植物不进行无氧呼吸。
(3)半叶法——测定光合作用有机物的产生量

如图所示，“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射一段时间后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度。若M＝MB－MA，则M表示B叶片被截取部分在这段时间内光合作用合成的有机物总量。

1．(2022·全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是(　　)
A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
D　[初期容器内CO2浓度较大，光合作用强于呼吸作用，植物吸收CO2释放O2，使密闭容器内的CO2浓度下降，O2浓度上升，A错误；由于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下，容器内的CO2浓度下降，所以说明植物光合作用大于呼吸作用，但由于CO2含量逐渐降低，从而使植物光合速率逐渐降低，直到光合作用与呼吸作用相等，容器中气体趋于稳定，B错误；初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。]
2．(2021·北京等级考)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是(　　)

A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C．50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D．HT植株表现出对高温环境的适应性
B　[由图可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3 nmol·cm-2·s-1，A正确；CO2吸收速率代表净光合速率，而总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。由图可知35 ℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较，B错误；由图可知，50 ℃时HT植株的净光合速率大于零，说明能积累有机物，而CT植株的净光合速率不大于零，说明不能积累有机物，C正确；由图可知，在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长发育，体现了HT植株对高温环境较适应，D正确。]
3．(不定项)(2022·山东济宁期中)将一株植物放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如图所示。下列说法正确的是(　　)
　
甲　　　　　　　　　　　　　 乙
A．图甲中的C点之前植物已经开始进行光合作用
B．图甲中的F点对应图乙中的g点
C．到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高
D．经过这一昼夜之后，植物的有机物含量会增加
ACD　[图甲中C点表示光合作用与细胞呼吸相等的点，因此在C点之前光合作用已经开始进行，A正确；图甲中的F点对应图乙中的h点，此时光合作用速率等于细胞呼吸速率，之后玻璃罩内的CO2浓度增加，B错误；d点之前植物一直释放CO2，该点之后吸收CO2，所以到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高，C正确；比较图甲中A点和G点，G点的CO2浓度低于A点，说明经过一昼夜玻璃罩内的CO2减少了，而减少的这部分被植物吸收用于合成有机物，因此经过这一昼夜之后，植物的有机物含量会增加，D正确。]
4．(2022·山东潍坊检测)某同学为研究某池塘(溶氧充足)中2米深处生物的光合作用和有氧呼吸，设计了黑白瓶实验：取三个大小相同、体积适宜的透明玻璃瓶，标号1、2、3，其中1号瓶用锡箔纸包住遮光。用三个瓶子在池塘2米深的相同位置取满水，测3号瓶的溶氧量，记为a。然后将1、2号瓶放回取水处，24 h后取出，测1、2号瓶的溶氧量记作b、c。下列表述错误的是(　　)
A．c－a可用来表示该处植物24 h的光合作用净值
B．该处生物24 h内呼吸作用氧气的消耗量可表示为b－a
C．c－b可用来表示该处植物24 h的光合作用总值
D．如果没有3号瓶，也可以计算出该处植物24 h内光合作用产生的氧气量
B　[据题意可知，3号瓶溶氧量a为3个瓶的初始溶氧量。1号瓶遮光只进行细胞呼吸，初始溶氧量为a，24 h后溶氧量为b，故a－b表示24 h细胞呼吸耗氧量，2号瓶进行光合作用和细胞呼吸，氧气增加值为净光合作用，初始溶氧量为a，24 h后2号瓶溶氧量为c，故c－a表示24 h细胞净光合放氧量，总光合作用＝净光合作用＋呼吸作用，因此24 h总光合作用为c－a＋a－b＝c－b，因此没有3号瓶，也可以计算出该处植物24 h内光合作用产生的氧气量，A、C、D正确，B错误。]
(教师用书独具)
1．(2022·山东中学联盟大联考)测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图甲所示。下列分析正确的是(　　)

甲

乙
A．光照相同时间，在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多
B．光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃相等
C．如果该植物原重X kg，置于暗处4 h后重(X－1)kg，然后光照4 h后重(X＋2)kg，则总光合速率为3/4 kg·h-1
D．若将乙装置中NaHCO3溶液换成蒸馏水，则在黑暗条件下可测得B曲线
B　[在光照时间相同的情况下，在25 ℃时，CO2吸收量最大，即光合作用净合成量最大，积累的有机物最多，A错误；在光照时间相同的情况下，30 ℃时光合作用的总量为3.50(净合成量)＋3.00(呼吸消耗量)＝6.50 mg/h，35 ℃时光合作用的总量为3.00(净合成量)＋3.50(呼吸消耗量)＝6.50 mg/h，二者相同，B正确；该植物原重X kg，置于暗处4 h后重(X－1)kg，则呼吸速率为 [X－(X－1)]/4＝1/4 kg/h，然后光照4 h后重(X＋2)kg，则净光合速率为[(X＋2)－(X－1)]/4＝3/4 kg/h，则总光合速率为呼吸速率＋净光合速率＝1/4 kg/h＋3/4 kg/h＝1 kg/h，C错误；将乙装置中NaHCO3溶液换成NaOH溶液，则在黑暗条件下可测得B曲线，D错误。]
2．某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用热水或石蜡烫伤叶柄基部阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6 h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析回答下列问题：

(1)MA表示6 h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6 h后(________)＋(______________)－呼吸作用有机物的消耗量。
(2)若M＝MB－MA，则M表示________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)真正光合速率的计算方法是_________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析]　叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB表示6 h后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA表示6 h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6 h有机物的总产量(B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算真正(总)光合速率，即M值除以时间再除以面积。将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分为A、B两组，A组立即烘干称重，B组在暗处保存一段时间后再烘干称重，利用A、B两组的干重差可计算出叶片的呼吸速率。
[答案]　(1)叶片初始质量　光合作用有机物的总产量　(2)B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量　(3)M值除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间)　(4)将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分为A、B两组，A组立即烘干称重，B组在暗处保存一段时间后再烘干称重，由A、B两组的干重差可计算出叶片的呼吸速率
提升点3　大学教材链接——植物的光呼吸，C3、C4植物和CAM植物

1．光呼吸
在固定二氧化碳的反应中，催化二氧化碳与1，5­二磷酸核酮糖结合的酶是核酮糖二磷酸羧化/氧化酶。这种酶不仅能催化二氧化碳与二磷酸核酮糖的反应，还能催化氧气与二磷酸核酮糖的反应，生成3­磷酸甘油酸和磷酸乙醇酸。3­磷酸甘油酸参加糖类的合成，磷酸乙醇酸可转化成甘氨酸或通过其他代谢途径释放出二氧化碳。上述过程，即植物消耗氧气，将二磷酸核酮糖转化成二氧化碳的过程，称作光呼吸。在光呼吸中，没有ATP或NADPH的生成，是一个消耗能量的过程。科学家尝试利用基因工程改造核酮糖二磷酸羧化/氧化酶的基因，希望使其成为没有光呼吸作用的酶。
2．C3植物、C4植物和CAM植物
对于小麦、水稻等大多数绿色植物来说，在暗反应阶段，一个二氧化碳被一个五碳化合物(C5)固定以后，形成的是两个三碳化合物(C3)。但是，科学家在研究玉米、甘蔗等原产在热带地区绿色植物的光合作用时发现，在这类绿色植物的光合作用中，二氧化碳中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中，然后才转移到C3中。科学家将这类植物叫作C4植物，将其固定二氧化碳的途径，叫作C4途径；将仅有C3参与二氧化碳固定的植物叫作C3植物，将其固定二氧化碳的途径，叫作C3途径。上文中介绍的二氧化碳的固定过程即为C4途径。下面详细介绍C4途径。
在C4植物中，叶片中构成维管束鞘的细胞中的叶绿体以C3途径固定二氧化碳，而在叶肉细胞中主要为C4途径。维管束鞘的细胞呼吸放出的二氧化碳可以被叶肉细胞通过C4途径来固定，其过程如下图：

C4途径的生物学意义在于，热带植物为了防止水分过多蒸发，常常关闭叶片上的气孔，这样空气中的二氧化碳不易进入细胞。这时，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的二氧化碳进行光合作用。这是因为C4途径中能够固定二氧化碳的那种酶对二氧化碳有很高的亲和力，使叶肉细胞能有效地固定和浓缩二氧化碳，供维管束鞘细胞内叶绿体中的C3途径利用。
许多起源于热带的植物，如景天科、仙人掌科、凤梨科、兰科等植物多具肉质茎、叶，叶片表面有较厚的角质层，叶肉细胞有很大的液泡，从形态结构上对高温、干旱有很强的适应性。同时，这类植物在进化中还发展了特殊的碳固定代谢途径——景天酸代谢(CAM)途径。该途径具有两套羧化固定CO2的系统，这与C4植物很类似，但不同的是CAM植物没有明显的维管束鞘细胞，两类酶都存在于叶肉细胞中，是通过酶活性的昼夜调节使羧化反应与CO2再固定分别在夜间和白天完成的。

1．(2021·全国乙卷)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(简要写出实验思想和预期结果)。
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析](1)白天植物的叶肉细胞同时进行光合作用和呼吸作用，光合作用过程中产生ATP的场所是叶绿体，呼吸作用过程中产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。据题干信息可知，白天储存在液泡中的苹果酸脱羧释放出CO2用于光合作用，同时叶肉细胞也进行细胞呼吸，细胞呼吸释放出来的CO2也可用于光合作用。(2)干旱的环境中，白天气孔关闭可以降低蒸腾作用，避免植物细胞过度失水；夜间气孔打开吸收CO2，通过生成苹果酸储存在液泡中，白天苹果酸脱羧释放的CO2为光合作用的进行提供原料，保证了光合作用的正常进行。(3)本实验的目的是验证“植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式”，根据题干信息“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”推断，苹果酸的存在导致细胞液呈酸性，白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放CO2，苹果酸分解释放出CO2后，使得细胞液的pH升高或趋向于呈中性，则实验的自变量为时间，因变量是细胞液的pH，可通过检测白天和夜晚的叶肉细胞中细胞液的pH验证其CO2固定方式。
[答案]　(1)叶绿体、细胞质基质、线粒体　细胞呼吸　(2)蒸腾作用过强导致植物失水　光合作用　(3)实验思路：取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B两组；将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养；一段时间后，分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果：B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化，A组液泡中的pH夜晚明显低于白天
2．(2022·全国甲卷)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______________________(答出三点即可)。
(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__________________________________________(答出一点即可)。
(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_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析]　(1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体类囊体的薄膜上，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP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。故正常条件下，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，使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，故C4植物比C3植物生长得好。
[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
3．(2021·山东等级考)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光呼吸抑制剂SoBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示，SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS浓度(mg/L)
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
(1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的__________中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是_____________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)与未喷施SoBS溶液相比，喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度________(填“高”或“低”)，据表分析，原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在______mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
[解析]　(1)C5位于叶绿体基质中，则O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照，则光反应产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多。(2)叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度即为光补偿点，与对照相比，喷施100 mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等。(3)光呼吸会消耗有机物，但光呼吸会释放CO2，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，在SoBS溶液浓度为100～300 mg/L时光合作用强度与光呼吸强度差值均大于对照组，即光合产量均大于对照组，为了进一步探究最适喷施浓度，应在100～300 mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
[答案]　(1)基质　光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多　(2)低　喷施SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等　(3)100～300
4．(2022·江苏选择性考试)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①～⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化则产生乙醇酸(C2)，C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题：

图Ⅰ

图Ⅱ
(1)图Ⅰ中，类囊体薄膜直接参与的代谢途径有________(从①～⑦中选填)，在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是______________。
(2)在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的________在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。
(3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化，获得曲线a、b(图Ⅱ)。
①曲线a，0～t1时段(没有光照，只进行呼吸作用)释放的CO2源于细胞呼吸；t1～t2时段，CO2的释放速度有所增加，此阶段的CO2源于______________。
②曲线b，当时间到达t2后，室内CO2浓度不再改变，其原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图Ⅲ代谢途径，通过降低光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的________价值。

图Ⅲ
[解析]　(1)类囊体薄膜发生的反应有水的光解(产生H＋与O2)，以及NADPH和ATP的形成，即①⑥。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿素主要有叶绿素a和叶绿素b两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用红光照射参与反应的主要是叶绿素a和叶绿素b。(2)过氧化氢酶能将过氧化氢分解为O2和H2O，所以在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。(3)①a曲线t1～t2时段有光照，所以CO2是由细胞呼吸和光呼吸共同产生的。②b曲线t1～t2时段有光照，室内CO2浓度下降到t2时不再变化，说明光呼吸、细胞呼吸和光合作用达到了平衡。(4)图Ⅲ代谢途径，通过降低了光呼吸，提高了植株生物量，直接提升了流入生态系统的能量，属于遗传多样性的直接价值。
[答案]　(1)①⑥　叶绿素a和叶绿素b　(2)过氧化氢　(3)①细胞呼吸和光呼吸　②光呼吸、细胞呼吸和光合作用达到了平衡　(4)直接
(教师用书独具)
1．(2023·湖南名校联考)生活在干旱沙漠中的仙人掌，其叶肉细胞中存在特殊的固碳模式，具体过程如图所示，请分析并回答：

(1)仙人掌夜间能吸收来自大气中的CO2，通过一系列反应生成________，并储存于液泡中，达到固定CO2的目的。但该过程中叶绿体却没有合成糖类等有机物，其原因是_________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)白天气温升高，植物将气孔关闭以减少蒸腾作用，此时叶肉细胞中固定CO2的场所是________。该段时间内进行光合作用的机制是_____________________
____________________________________________________________________。
(3)为了利用现代生物学技术将仙人掌的这种固碳模式引入农作物，增强农作物抗旱能力，科学家对仙人掌的净光合速率进行进一步研究。若白天仙人掌叶肉细胞中每小时呼吸作用产生CO2为a mol，同时苹果酸每小时分解产生CO2 b mol，则白天该细胞每小时积累葡萄糖为________mol(光合作用产物和呼吸作用底物均为葡萄糖)。研究发现，通过图示过程仙人掌积累的葡萄糖很少，则限制其光合作用的主要外界因素有__________________________________________(答两点即可)。
[解析]　白天该叶肉细胞积累葡萄糖，就是液泡中苹果酸分解产生的CO2进行光合作用所产生。而呼吸作用每分解一摩尔葡萄糖产生的CO2通过光合作用只合成一摩尔葡萄糖，不会影响光合作用中葡萄糖的积累。仙人掌生活于干旱、高温的环境中，白天气孔关闭，夜晚温度、空气湿度等都会影响气孔的开度，影响苹果酸的积累，进而影响细胞内CO2浓度，所以均可影响光合作用(答光照强度、细胞内苹果酸浓度或细胞内CO2浓度均不对)。
[答案]　(1)苹果酸　夜间没有光照，无法通过光反应为暗反应提供ATP和[H]　(2)叶绿体基质　苹果酸分解为丙酮酸和CO2，CO2可以参与光合作用暗反应(答出苹果酸分解产生CO2即可)　(3)b/6　温度、空气湿度(答水分、干旱程度均可)等
2．(2022·山东淄博一模)玉米是C4植物，通过C4途径固定CO2；水稻为C3植物，通过C3途径固定CO2。在玉米叶维管束的周围有两层细胞，内层细胞是鞘细胞，叶绿体中几乎无基粒；外层为叶肉细胞，叶绿体中有发达的基粒。甲图是C3、C4途径示意图，乙图为玉米在有光和黑暗条件下的CO2吸收速率。回答下列问题：
　
甲　　　　　　　　　　　　乙
(1)玉米叶片中光反应的场所是________。
(2)与C3途径相比，C4途径的特点有_____________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(答出两点即可)。
(3)乙图中，暗期时玉米的CO2吸收速率大于零，原因是___________________
____________________________________________________________________。
在暗期，玉米吸收的CO2并不能转化为糖类等光合产物，原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)PEP羧化酶(PEPC)是C4途径的关键酶，对CO2的亲和力高，C3植物缺少PEPC。胞内CO2浓度较低是限制C3植物光合速率的重要因素，请就改进C3植物、提高光合速率提出你的设想。
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[解析]　(1)玉米叶片中的鞘细胞无基粒，只能进行暗反应，叶肉细胞的叶绿体中有发达的基粒，可进行光反应和暗反应，因此玉米叶片中光反应的场所是叶肉细胞叶绿体的基粒(类囊体的薄膜)。(2)分析图示可知，C4途径是在较低CO2浓度的条件下，通过ATP提供能量，在PEP羧化酶的作用下，由C4运载CO2至叶绿体，通过该过程提高细胞内CO2的浓度，与C3途径相比，C4途径具有能富集CO2、消耗ATP、由C4运载CO2、需要PEP羧化酶的特点。(3)分析题图可知，玉米通过呼吸作用产生的CO2会被光合作用消耗，因此，如果玉米CO2的吸收速率大于零，是由于暗期玉米通过C4途径吸收CO2的速率大于呼吸作用产生CO2的速率；暗期缺少光照，植物不能进行光反应，缺少ATP和NADPH，因此不能进行C3的还原过程，不能将CO2转化为糖类。(4)分析题意可知，C3植物缺少PEPC导致对CO2的亲和力低，胞内CO2浓度较低是限制C3植物光合速率的重要因素，但由于C4植物与C3植物之间存在生殖隔离，因此可利用基因工程技术打破生殖隔离，可通过基因工程将PEPC基因导入到C3植物细胞中，再利用植物组织培养技术培育获得个体。
[答案]　(1)叶肉细胞的叶绿体基粒(类囊体的薄膜)　(2)能富集CO2、消耗ATP、由C4运载CO2、需要PEP羧化酶(答出两点即可)　(3)暗期玉米通过C4途径吸收CO2的速率大于呼吸作用产生CO2的速率　暗期不进行光反应，缺少ATP及NADPH　(4)通过基因工程将PEPC基因导入到C3植物细胞