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高考生物第一轮复习知识点挖空专项练习 回归课本之新教材的查缺补漏-03光呼吸（原卷版+答案解析）
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这是一份高考生物第一轮复习知识点挖空专项练习 回归课本之新教材的查缺补漏-03光呼吸（原卷版+答案解析），共37页。试卷主要包含了起因，卡尔文循环和光呼吸的详细过程，光呼吸的危害，光呼吸的意义等内容，欢迎下载使用。
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。该过程以光合作用的中间产物为底物， 吸收氧、释放二氧化碳。其生化途径和在细胞中的发生部位也与一般呼吸(也称暗呼吸)不同。
1、起因：在生物体的进化过程中产生了一种具有双功能的酶，这个酶的名字叫做 RuBP 羧化/加氧酶（核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶），可以缩写为 Rubisc。核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)就是卡尔文循环中的C5。二氧化碳和氧气竞争性与 Rubisc 结合，当二氧化碳浓度高时，Rubisc 催化 RuBP 与二氧化碳形成两分子 3－磷酸甘油酸(PGA)，就是卡尔文循环中的 C3；进行卡尔文循环；当氧气浓度高时，Rubisc 催化 RuBP与氧气形成1分子 PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中PGA进入卡尔文循环，而磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成乙醇酸，乙醇酸离开叶绿体，进行光呼吸。基本过程见下图。
2、卡尔文循环和光呼吸的详细过程：光合碳循环中催化 CO2固定的核酮糖－1,5－二磷酸羧化酶同时具有加氧酶的功能，催化 RuBP 的加氧反应，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；乙醛酸经转氨反应变为甘氨酸后，由两分子甘氨酸生成丝氨酸、CO2和 NH3各一分子。这便是光呼吸的释放 CO2的反应。丝氨酸以后转变为羟基丙酮酸， 再被还原及磷酸化成为 PGA，后者又进入光合碳循环。
3、光呼吸的危害
如果在较强光下，光呼吸加强，使得 C5氧化分解加强， 一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过程中消耗了 ATP 和 NADPH，即造成了能量的损耗。
4、光呼吸的意义
光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义，这也许是进化过程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意义如下：
（1）回收碳元素。就是2 分子的C2形成1 分子的C3和CO2，那 1 分子C3通过光呼吸过程又返回到卡尔文循环中，不至于全部流失掉。即通过光呼吸回收了 3/4 的碳元素。
（2）防止强光对叶绿体的破坏。强光时，由于光反应速率大于暗反应速率， 因此，叶肉细胞中会积累 ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的 ATP 和 NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。当然植物体还有很多避免强光下 损伤叶绿体的机制。光呼吸算是其中之一。
（3）消除乙醇酸对细胞的毒害。
1．Rubisc是光合作用暗反应中催化CO2与RuBP结合的酶。该酶同时具有催化O2与RuBP结合的活性。当CO2浓度相对较高时，该酶催化CO2与RuBP结合生成C3，并进一步完成卡尔文循环。当O2浓度相对较高时，该酶催化O2与RuBP结合生成C3和C2, C3进入卡尔文循环:C2最后在线粒体内生成CO2该过程称为光呼吸。卡尔文循环和光呼吸的过程如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．卡尔文循环中，C3的还原需要消耗光反应产生的ATP和NADPH
B．CO2与RuBP结合的场所和O2与RuBP结合的场所不同
C．温室栽培蔬菜时增施有机肥，既减少光呼吸对光合产物的损耗又增加土壤肥力
D．干旱胁迫容易导致植物光呼吸强度增加
2．Rubisc 酶是绿色植物光合作用过程中的关键酶，当CO2浓度较高时，该酶催化CO2与C5反应进行光合作用。当O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，最后在线粒体内生成CO2，植物这种在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。下列叙述错误的是（ ）
A．绿色植物进行光呼吸的场所有叶绿体基粒和线粒体
B．植物光呼吸的进行导致光合作用产生的有机物减少
C．Rubisc酶催化CO2和C5反应称作三碳化合物的还原
D．光合作用的暗反应过程需要光反应提供NADPH和ATP
3．下图所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系（①～⑤表示代谢途径）。Rubisc 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。据图回答相关问题：
(1)利用___________方法，可以研究C 元素在图示代谢中转移途径。图示中，类囊体膜直接参与的代谢途径有___________（从①～⑤中选填），在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是___________。在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成了过氧化氢，过氧化氢再分解生成___________和H2O。
(2)正常进行光合作用的植物，突然停止光照，引起___________减少，导致暗反应减弱，
C5与O2结合增加，使细胞释放的CO2___________（填“增加”或“减少”）。
(3)结合图示分析，通过___________（填“提高”或“降低”）CO2 /O2 或者提高___________可以降低光呼吸作用。
1、基本概念
C4途径是有一些植物对外界吸收的CO2的固定反应是在叶肉细胞的胞质溶胶中进行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下将CO2连接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上，形成四碳酸：草酰乙酸(OAA)，这种固定CO2的方式称为C4途径。C4植物每同化1分子CO2,需要消耗5分子ATP和2分子NADPH。
2、光合作用C4途径产生的原因
因为C4植物中含有能固定CO2为C4的相关酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，简称为PEP羧化酶（与CO2有很强的亲和力）。可促使PEP把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。C4植物这种独特的作用，被形象的比喻成“二氧化碳泵”。
3、C3植物与C4植物叶片结构比较
C3植物叶片中维管束鞘细胞较小，其内不含叶绿体，其叶肉细胞内含有典型的叶绿体，即可进行光反应又可进行暗反应。
C4植物叶片有“花环形结构”的两圈细胞，内层为维管束鞘细胞，含有叶绿体，只能进行暗反应。叶肉细胞中含典型叶绿体，能进行光反应，通过C4途径固定CO2。
4、C4植物具有较高光合速率的因素
（1）C4植物的叶肉细胞中的PEP羧化酶（PEPC）对底物CO2溶解产物HCO3－的亲和力极高，使细胞中有高浓度的CO2，从而促进暗反应，降低了光呼吸，且光呼吸释放的CO2又易被再固定；
（2）高光强可产生更多的NADPH和ATP，以满足C4植物C4循环对ATP的额外需求；
（3）鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束，从而避免了光合产物累积对光合作用可能产生的抑制作用。
这些都使C4植物可以具有较高的光合速率。
4．研究发现，玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环（固定CO2的初产物为C3，简称C3途径）外，还有另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物为C4，简称C4途径，这种植物为C4植物，其固定CO2的途径如下图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍。下列有关叙述错误的是（ ）
A．图中CO2进入叶肉细胞被固定的最初产物是草酰乙酸
B．高温条件下，C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭
C．低浓度CO2条件下，C4植物可能比C3植物生长得好
D．苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞
5．玉米叶肉细胞中的叶绿体较小数目也少但叶绿体内有基粒；相邻的维管束鞘细胞中叶绿体较大数目较多但叶绿体内没有基粒。玉米细胞除C3途径外还有另一条固定CO2的途径，简称C4途径如下图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍。下列有关叙述错误的是（ ）
A．维管束鞘细胞中光合作用所利用的CO2都是C4分解释放的
B．若叶肉细胞中光合作用速率大于细胞呼吸速率，植物的干重不一定增加
C．玉米的有机物是在维管束鞘细胞通过C3途径合成的
D．干旱条件下C3途径植物光合速率比C4途径植物小
1. 光合作用CAM途径基本定义
景天属植物是一大类肉质植物，景天酸代谢(crassulacean acid metablism，CAM)首先就是在这类植物中发现。景天属植物夜间将吸收的CO2固定在苹果酸（C4）中，白天苹果酸分解释放CO2参与光合作用。
2. 光合作用CAM途径过程图解
3、光合作用CAM途径特点
（1）CAM途径的形成，是与植物适应干旱地区有关。白天缺水，气孔关闭，植物便利用前一个晚上固定的CO2进行光合作用。
（2）植物体在夜晚的有机酸含量十分高，而糖类含量下降；白天则相反，有机酸下降，而糖分增多。
（3）由于利用的CO2含量有限，CAM途径光合作用强度较低，生物产量通常较低。
6．为了应对外界环境的变化，植物在长期的进化过程中逐渐形成了自己独特的代谢过程。根据光合作用中的碳同化途径的不同，可把植物分为C3植物、C4植物和CAM植物。C3植物为典型温带植物，如水稻、小麦；C4植物为典型热带或亚热带植物，如玉米、甘蔗；CAM植物（景天科植物）为典型干旱地区植物，如仙人掌。下图1、2、3分别表示三类植物的光合作用的部分过程，请据图回答下列问题：
(1)图1中过程①进行的场所是细胞的____________，过程②需要光反应提供____________。C3植物在干旱、炎热的环境中，光合作用强度明显减弱的原因是____________。
(2)与C3植物相比，C4植物叶肉细胞中固定CO2的酶与CO2的亲和力更强，使得C4植物能利用____________，因此，C4植物对干旱环境的适应能力强。
(3)CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白要____________（填“高”或“低”）。CAM植物之所以适应干旱地区的环境变化，是因为CAM植物白天气孔关闭进行卡尔文循环，其利用的CO2来源于____________；夜晚进行____________过程。
7．某些植物可通过特有的景天酸代谢（CAM）途径固定CO2。在夜晚，叶片的气孔开放，通过一系列反应将CO2固定成苹果酸储存在液泡中（甲）；在白天，叶片气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体进行暗反应（乙）。下列关于CAM植物的叙述，错误的是（ ）
A．在白天，叶肉细胞能产生ATP的部位只有线粒体
B．该植物细胞在夜晚不能持续进行光合作用合成有机物
C．CAM途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
D．若下午突然降低外界CO2浓度，C3的含量突然减少
8．绿色植物在进行光合作用时会同时伴随发生一种消耗能量、吸收和释放CO2的现象，被称为光呼吸。下图为光呼吸的关系示意图。下列有关说法错误的是（ ）
A．光呼吸吸收O2、释放CO2的场所分别是叶绿体、线粒体
B．在光照条件下，若叶肉细胞中O2含量下降、CO2含量升高，会促进光呼吸
C．温室栽培蔬菜时可通过增施有机肥减少光呼吸对光合产物的损耗
D．干旱高温等逆境条件下，植物的光呼吸会增强
9．科学家通过实验观察到，正在进行光合作用的叶片突然停止光照后，短时间内会释放出大量的CO2，这一现象被称为“CO2的猝发”。研究表明植物除了细胞呼吸外还存在另一个释放CO2的途径——光呼吸。图为适宜条件下某植物叶片遮光前CO2吸收速率和遮光后CO2释放速率随时间变化的曲线（单位：μml·m-2·s-1），下列说法正确的是（ ）
A．突然遮光，短时间内叶绿体中C5的含量会上升
B．光照条件下该植物产生ATP的场所是叶绿体
C．若降低光照强度，则图形A、B的面积均变小速率
D．该植物在光照条件下叶绿体固定CO2的速率为12μml·m-2·s-1
10．景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应(乙)利用。下列关于这类植物的叙述错误的是（ ）
A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
C．给植物提供14C标记的14CO2,14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中
D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内不变
11．光合作用的暗反应过程被称为碳同化。植物在长期进化过程中逐渐形成了多种碳同化途径，如图1、图2、图3所示，请据图回答下列问题：
(1)图1中的①、②、③、④表示物质， A、B、C、D表示生理过程，则①和④分别表示_____，在A、B、C、D中，能产生ATP的过程有_____（填字母）。
(2)在C4植物中，PEP化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍，在显微镜下观察C4植物玉米的叶片发现，叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构，结合图2推测，维管束鞘细胞中CO2浓度_____（填“高于”或“低于”）叶肉细胞中的CO2浓度。
(3)由图3推测，CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白天要_____（填“高”或“低”）。CAM植物白天气孔关闭，用于光合作用的CO2来源于_____。
(4)由图2和图3可知，C4植物和CAM植物捕获CO2和生成有机物的反应分别是在_____（填“时间”或“空间”）上分离，这两种途径都有利于植物适应环境。
12．小麦体内只有一条固定CO2的途经——卡尔文循环，也称为C3途经；甘蔗除了具有C3途经外，还有另外一条途经，即C4途经。比较甘蔗和小麦的叶片结构发现，小麦的维管束鞘细胞不含叶绿体，光合作用的全过程在叶肉细胞叶绿体中完成。而甘蔗的叶肉细胞的叶绿体中基粒发达，维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒。甘蔗细胞暗反应中CO2固定过程如下图所示，能有效利用较低浓度的CO2。下列错误的是（ ）
A．干旱环境小麦光合作用速率比甘蔗大
B．甘蔗叶肉细胞不能通过卡尔文循环产生有机物
C．甘蔗、小麦光反应的场所发生在叶肉细胞中
D．甘蔗、小麦暗反应过程中CO2的受体不完全相同
13．黑藻固定CO2有两条途径（如图）：①CO2在核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶（Rubisc）催化下直接与C5反应生成C3；②CO2先在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）催化下与磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）反应生成C4（四碳化合物），当C4储存到一定量时分解放出CO2参与暗反应。已知PEPC对CO2亲和力是Rubisc的几十倍。
回答下列问题：
(1)由图可知，丙酮酸转化为PEP的过程属于______（填“吸能”或“放能”）反应。黑藻细胞固定CO2的具体场所是______。C3的还原需要______提供能量。
(2)研究发现黑藻经低浓度CO2处理后，PEPC与Rubisc的活性比值由0.47上升到4.17，试分析发生这一变化的意义：______。黑藻具有这种生理特性是长期______的结果。
(3)为了探究在低浓度CO2处理下黑藻固定CO2途径改变的分子机制，研究人员检测了低浓度CO2处理前后黑藻体内两种PEPC基因的表达情况，结果如图所示。
由图可知，在低浓度CO2处理下黑藻固定CO2途径改变的分子机制是______。
14．光呼吸可使大豆、水稻和小麦等作物的光合效率降低20%至50%，造成产量损失。光呼吸是由于O2竞争性地结合到卡尔文循环关键酶Rubisc酶上，引起核酮糖1，5二磷酸(C5)加氧分解。下图1表示叶肉细胞中有关代谢，其中①～④代表光呼吸过程。请据图回答下列问题：
(1)在红光照射条件下，参与途径①的主要色素是__________；Rubisc酶主要分布在____中，催化CO2与C5结合，生成2分子C3，影响该反应的内部因素有_________(写出两个)。
(2)当环境中O2与CO2含量比值________(填“偏高”或“偏低”)时，叶片容易发生光呼吸。正常光合的叶片，突然停止光照后叶片会出现快速释放CO2现象(CO2猝发)，试解释这一现象产生的原因：___________。
(3)从能量代谢分析，光呼吸与有氧呼吸最大的区别是__________________。
(4)水稻、小麦属于C3植物，而高粱、玉米属于C4植物，其特有的C4途径如图2所示。根据图中信息推测，PEP羧化酶比Rubisc酶对CO2的亲和力________。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构，根据此结构特点，进一步推测C4植物光呼吸比C3植物________。
(5)根据对光呼吸机理的研究，科研人员利用基因编辑手段设计了只在叶绿体中完成的光呼吸替代途径AP(依然具有降解乙醇酸产生CO2的能力)。同时利用RNA干扰技术，降低叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白的表达量。检测三种不同类型植株的光合速率，实验结果如图3所示。据此回答：当胞间CO2浓度较高时，三种类型植株中，AP＋RNA干扰型光合速率最高的原因可能是____________、___________，进而促进光合作用过程。
回归课本之新教材的查缺补漏-03光呼吸
专题3 光呼吸
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。该过程以光合作用的中间产物为底物， 吸收氧、释放二氧化碳。其生化途径和在细胞中的发生部位也与一般呼吸(也称暗呼吸)不同。
1、起因：在生物体的进化过程中产生了一种具有双功能的酶，这个酶的名字叫做 RuBP 羧化/加氧酶（核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶），可以缩写为 Rubisc。核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)就是卡尔文循环中的C5。二氧化碳和氧气竞争性与 Rubisc 结合，当二氧化碳浓度高时，Rubisc 催化 RuBP 与二氧化碳形成两分子 3－磷酸甘油酸(PGA)，就是卡尔文循环中的 C3；进行卡尔文循环；当氧气浓度高时，Rubisc 催化 RuBP与氧气形成1分子 PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中PGA进入卡尔文循环，而磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成乙醇酸，乙醇酸离开叶绿体，进行光呼吸。基本过程见下图。
2、卡尔文循环和光呼吸的详细过程：光合碳循环中催化 CO2固定的核酮糖－1,5－二磷酸羧化酶同时具有加氧酶的功能，催化 RuBP 的加氧反应，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；乙醛酸经转氨反应变为甘氨酸后，由两分子甘氨酸生成丝氨酸、CO2和 NH3各一分子。这便是光呼吸的释放 CO2的反应。丝氨酸以后转变为羟基丙酮酸， 再被还原及磷酸化成为 PGA，后者又进入光合碳循环。
3、光呼吸的危害
如果在较强光下，光呼吸加强，使得 C5氧化分解加强， 一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过程中消耗了 ATP 和 NADPH，即造成了能量的损耗。
4、光呼吸的意义
光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义，这也许是进化过程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意义如下：
（1）回收碳元素。就是2 分子的C2形成1 分子的C3和CO2，那 1 分子C3通过光呼吸过程又返回到卡尔文循环中，不至于全部流失掉。即通过光呼吸回收了 3/4 的碳元素。
（2）防止强光对叶绿体的破坏。强光时，由于光反应速率大于暗反应速率， 因此，叶肉细胞中会积累 ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的 ATP 和 NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。当然植物体还有很多避免强光下 损伤叶绿体的机制。光呼吸算是其中之一。
（3）消除乙醇酸对细胞的毒害。
1．Rubisc是光合作用暗反应中催化CO2与RuBP结合的酶。该酶同时具有催化O2与RuBP结合的活性。当CO2浓度相对较高时，该酶催化CO2与RuBP结合生成C3，并进一步完成卡尔文循环。当O2浓度相对较高时，该酶催化O2与RuBP结合生成C3和C2, C3进入卡尔文循环:C2最后在线粒体内生成CO2该过程称为光呼吸。卡尔文循环和光呼吸的过程如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．卡尔文循环中，C3的还原需要消耗光反应产生的ATP和NADPH
B．CO2与RuBP结合的场所和O2与RuBP结合的场所不同
C．温室栽培蔬菜时增施有机肥，既减少光呼吸对光合产物的损耗又增加土壤肥力
D．干旱胁迫容易导致植物光呼吸强度增加
2．Rubisc 酶是绿色植物光合作用过程中的关键酶，当CO2浓度较高时，该酶催化CO2与C5反应进行光合作用。当O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，最后在线粒体内生成CO2，植物这种在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。下列叙述错误的是（ ）
A．绿色植物进行光呼吸的场所有叶绿体基粒和线粒体
B．植物光呼吸的进行导致光合作用产生的有机物减少
C．Rubisc酶催化CO2和C5反应称作三碳化合物的还原
D．光合作用的暗反应过程需要光反应提供NADPH和ATP
3．下图所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系（①～⑤表示代谢途径）。Rubisc 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。据图回答相关问题：
(1)利用___________方法，可以研究C 元素在图示代谢中转移途径。图示中，类囊体膜直接参与的代谢途径有___________（从①～⑤中选填），在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是___________。在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成了过氧化氢，过氧化氢再分解生成___________和H2O。
(2)正常进行光合作用的植物，突然停止光照，引起___________减少，导致暗反应减弱，
C5与O2结合增加，使细胞释放的CO2___________（填“增加”或“减少”）。
(3)结合图示分析，通过___________（填“提高”或“降低”）CO2 /O2 或者提高___________可以降低光呼吸作用。
1、基本概念
C4途径是有一些植物对外界吸收的CO2的固定反应是在叶肉细胞的胞质溶胶中进行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下将CO2连接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上，形成四碳酸：草酰乙酸(OAA)，这种固定CO2的方式称为C4途径。C4植物每同化1分子CO2,需要消耗5分子ATP和2分子NADPH。
2、光合作用C4途径产生的原因
因为C4植物中含有能固定CO2为C4的相关酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，简称为PEP羧化酶（与CO2有很强的亲和力）。可促使PEP把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。C4植物这种独特的作用，被形象的比喻成“二氧化碳泵”。
3、C3植物与C4植物叶片结构比较
C3植物叶片中维管束鞘细胞较小，其内不含叶绿体，其叶肉细胞内含有典型的叶绿体，即可进行光反应又可进行暗反应。
C4植物叶片有“花环形结构”的两圈细胞，内层为维管束鞘细胞，含有叶绿体，只能进行暗反应。叶肉细胞中含典型叶绿体，能进行光反应，通过C4途径固定CO2。
4、C4植物具有较高光合速率的因素
（1）C4植物的叶肉细胞中的PEP羧化酶（PEPC）对底物CO2溶解产物HCO3－的亲和力极高，使细胞中有高浓度的CO2，从而促进暗反应，降低了光呼吸，且光呼吸释放的CO2又易被再固定；
（2）高光强可产生更多的NADPH和ATP，以满足C4植物C4循环对ATP的额外需求；
（3）鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束，从而避免了光合产物累积对光合作用可能产生的抑制作用。
这些都使C4植物可以具有较高的光合速率。
4．研究发现，玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环（固定CO2的初产物为C3，简称C3途径）外，还有另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物为C4，简称C4途径，这种植物为C4植物，其固定CO2的途径如下图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍。下列有关叙述错误的是（ ）
A．图中CO2进入叶肉细胞被固定的最初产物是草酰乙酸
B．高温条件下，C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭
C．低浓度CO2条件下，C4植物可能比C3植物生长得好
D．苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞
5．玉米叶肉细胞中的叶绿体较小数目也少但叶绿体内有基粒；相邻的维管束鞘细胞中叶绿体较大数目较多但叶绿体内没有基粒。玉米细胞除C3途径外还有另一条固定CO2的途径，简称C4途径如下图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍。下列有关叙述错误的是（ ）
A．维管束鞘细胞中光合作用所利用的CO2都是C4分解释放的
B．若叶肉细胞中光合作用速率大于细胞呼吸速率，植物的干重不一定增加
C．玉米的有机物是在维管束鞘细胞通过C3途径合成的
D．干旱条件下C3途径植物光合速率比C4途径植物小
1. 光合作用CAM途径基本定义
景天属植物是一大类肉质植物，景天酸代谢(crassulacean acid metablism，CAM)首先就是在这类植物中发现。景天属植物夜间将吸收的CO2固定在苹果酸（C4）中，白天苹果酸分解释放CO2参与光合作用。
2. 光合作用CAM途径过程图解
3、光合作用CAM途径特点
（1）CAM途径的形成，是与植物适应干旱地区有关。白天缺水，气孔关闭，植物便利用前一个晚上固定的CO2进行光合作用。
（2）植物体在夜晚的有机酸含量十分高，而糖类含量下降；白天则相反，有机酸下降，而糖分增多。
（3）由于利用的CO2含量有限，CAM途径光合作用强度较低，生物产量通常较低。
6．为了应对外界环境的变化，植物在长期的进化过程中逐渐形成了自己独特的代谢过程。根据光合作用中的碳同化途径的不同，可把植物分为C3植物、C4植物和CAM植物。C3植物为典型温带植物，如水稻、小麦；C4植物为典型热带或亚热带植物，如玉米、甘蔗；CAM植物（景天科植物）为典型干旱地区植物，如仙人掌。下图1、2、3分别表示三类植物的光合作用的部分过程，请据图回答下列问题：
(1)图1中过程①进行的场所是细胞的____________，过程②需要光反应提供____________。C3植物在干旱、炎热的环境中，光合作用强度明显减弱的原因是____________。
(2)与C3植物相比，C4植物叶肉细胞中固定CO2的酶与CO2的亲和力更强，使得C4植物能利用____________，因此，C4植物对干旱环境的适应能力强。
(3)CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白要____________（填“高”或“低”）。CAM植物之所以适应干旱地区的环境变化，是因为CAM植物白天气孔关闭进行卡尔文循环，其利用的CO2来源于____________；夜晚进行____________过程。
7．某些植物可通过特有的景天酸代谢（CAM）途径固定CO2。在夜晚，叶片的气孔开放，通过一系列反应将CO2固定成苹果酸储存在液泡中（甲）；在白天，叶片气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体进行暗反应（乙）。下列关于CAM植物的叙述，错误的是（ ）
A．在白天，叶肉细胞能产生ATP的部位只有线粒体
B．该植物细胞在夜晚不能持续进行光合作用合成有机物
C．CAM途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
D．若下午突然降低外界CO2浓度，C3的含量突然减少
8．绿色植物在进行光合作用时会同时伴随发生一种消耗能量、吸收和释放CO2的现象，被称为光呼吸。下图为光呼吸的关系示意图。下列有关说法错误的是（ ）
A．光呼吸吸收O2、释放CO2的场所分别是叶绿体、线粒体
B．在光照条件下，若叶肉细胞中O2含量下降、CO2含量升高，会促进光呼吸
C．温室栽培蔬菜时可通过增施有机肥减少光呼吸对光合产物的损耗
D．干旱高温等逆境条件下，植物的光呼吸会增强
9．科学家通过实验观察到，正在进行光合作用的叶片突然停止光照后，短时间内会释放出大量的CO2，这一现象被称为“CO2的猝发”。研究表明植物除了细胞呼吸外还存在另一个释放CO2的途径——光呼吸。图为适宜条件下某植物叶片遮光前CO2吸收速率和遮光后CO2释放速率随时间变化的曲线（单位：μml·m-2·s-1），下列说法正确的是（ ）
A．突然遮光，短时间内叶绿体中C5的含量会上升
B．光照条件下该植物产生ATP的场所是叶绿体
C．若降低光照强度，则图形A、B的面积均变小速率
D．该植物在光照条件下叶绿体固定CO2的速率为12μml·m-2·s-1
10．景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应(乙)利用。下列关于这类植物的叙述错误的是（ ）
A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
C．给植物提供14C标记的14CO2,14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中
D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内不变
11．光合作用的暗反应过程被称为碳同化。植物在长期进化过程中逐渐形成了多种碳同化途径，如图1、图2、图3所示，请据图回答下列问题：
(1)图1中的①、②、③、④表示物质， A、B、C、D表示生理过程，则①和④分别表示_____，在A、B、C、D中，能产生ATP的过程有_____（填字母）。
(2)在C4植物中，PEP化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍，在显微镜下观察C4植物玉米的叶片发现，叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构，结合图2推测，维管束鞘细胞中CO2浓度_____（填“高于”或“低于”）叶肉细胞中的CO2浓度。
(3)由图3推测，CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白天要_____（填“高”或“低”）。CAM植物白天气孔关闭，用于光合作用的CO2来源于_____。
(4)由图2和图3可知，C4植物和CAM植物捕获CO2和生成有机物的反应分别是在_____（填“时间”或“空间”）上分离，这两种途径都有利于植物适应环境。
12．小麦体内只有一条固定CO2的途经——卡尔文循环，也称为C3途经；甘蔗除了具有C3途经外，还有另外一条途经，即C4途经。比较甘蔗和小麦的叶片结构发现，小麦的维管束鞘细胞不含叶绿体，光合作用的全过程在叶肉细胞叶绿体中完成。而甘蔗的叶肉细胞的叶绿体中基粒发达，维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒。甘蔗细胞暗反应中CO2固定过程如下图所示，能有效利用较低浓度的CO2。下列错误的是（ ）
A．干旱环境小麦光合作用速率比甘蔗大
B．甘蔗叶肉细胞不能通过卡尔文循环产生有机物
C．甘蔗、小麦光反应的场所发生在叶肉细胞中
D．甘蔗、小麦暗反应过程中CO2的受体不完全相同
13．黑藻固定CO2有两条途径（如图）：①CO2在核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶（Rubisc）催化下直接与C5反应生成C3；②CO2先在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）催化下与磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）反应生成C4（四碳化合物），当C4储存到一定量时分解放出CO2参与暗反应。已知PEPC对CO2亲和力是Rubisc的几十倍。
回答下列问题：
(1)由图可知，丙酮酸转化为PEP的过程属于______（填“吸能”或“放能”）反应。黑藻细胞固定CO2的具体场所是______。C3的还原需要______提供能量。
(2)研究发现黑藻经低浓度CO2处理后，PEPC与Rubisc的活性比值由0.47上升到4.17，试分析发生这一变化的意义：______。黑藻具有这种生理特性是长期______的结果。
(3)为了探究在低浓度CO2处理下黑藻固定CO2途径改变的分子机制，研究人员检测了低浓度CO2处理前后黑藻体内两种PEPC基因的表达情况，结果如图所示。
由图可知，在低浓度CO2处理下黑藻固定CO2途径改变的分子机制是______。
14．光呼吸可使大豆、水稻和小麦等作物的光合效率降低20%至50%，造成产量损失。光呼吸是由于O2竞争性地结合到卡尔文循环关键酶Rubisc酶上，引起核酮糖1，5二磷酸(C5)加氧分解。下图1表示叶肉细胞中有关代谢，其中①～④代表光呼吸过程。请据图回答下列问题：
(1)在红光照射条件下，参与途径①的主要色素是__________；Rubisc酶主要分布在____中，催化CO2与C5结合，生成2分子C3，影响该反应的内部因素有_________(写出两个)。
(2)当环境中O2与CO2含量比值________(填“偏高”或“偏低”)时，叶片容易发生光呼吸。正常光合的叶片，突然停止光照后叶片会出现快速释放CO2现象(CO2猝发)，试解释这一现象产生的原因：___________。
(3)从能量代谢分析，光呼吸与有氧呼吸最大的区别是__________________。
(4)水稻、小麦属于C3植物，而高粱、玉米属于C4植物，其特有的C4途径如图2所示。根据图中信息推测，PEP羧化酶比Rubisc酶对CO2的亲和力________。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构，根据此结构特点，进一步推测C4植物光呼吸比C3植物________。
(5)根据对光呼吸机理的研究，科研人员利用基因编辑手段设计了只在叶绿体中完成的光呼吸替代途径AP(依然具有降解乙醇酸产生CO2的能力)。同时利用RNA干扰技术，降低叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白的表达量。检测三种不同类型植株的光合速率，实验结果如图3所示。据此回答：当胞间CO2浓度较高时，三种类型植株中，AP＋RNA干扰型光合速率最高的原因可能是____________、___________，进而促进光合作用过程。
参考答案：
1．B
【分析】由题干信息可知，植物在光下会进行一种区别于光合作用和呼吸作用的生理作用，即光呼吸作用，该作用在光下吸收O2产生CO2，该现象与植物的Rubisc酶有关，它催化五碳化合物反应取决于CO2和O2的浓度，当CO2的浓度较高时，会进行光合作用的暗反应阶段，当O2的浓度较高时，会产生三碳化合物进入线粒体中进行光呼吸。
【详解】A、卡尔文循环中，C3的还原需要能量和还原剂，故需要消耗光反应产生的ATP和NADPH，A正确；
B、催化RuBP与CO2结合与催化RuBP与O2结合的是同一种酶(Rubisc)，说明CO2与RuBP结合的场所和O2与RuBP结合的场所相同，均在叶绿体基质，B错误；
C、在有光条件下，若叶肉细胞中O2含量下降，CO2含量升高，会抑制光呼吸过程，因此温室栽培蔬菜时可通过增施有机肥措施，微生物分解有机物时消耗O2，产生CO2和无机盐，既减少光呼吸对光合产物的损耗又增土壤的肥力，C正确；
D、由于干旱时，温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，导致CO2浓度降低，Rubisc更易于与O2结合，导致光呼吸增强，D正确。
故选B。
2．AC
【分析】 光合作用的过程及场所：光反应发生在类囊体薄膜中，主要包括水的光解和ATP的合成两个过程；暗反应发生在叶绿体基质中，主要包括CO2的固定和C3的还原两个过程。
【详解】A、光呼吸是植物在当O2浓度较高时，Rubisc酶催化C5与O2反应，最后在线粒体内生成CO2的过程，涉及到的场所有叶绿体基质和线粒体，A错误；
B、植物光呼吸的进行利用了C5，影响CO2的固定，导致光合作用产生的有机物减少，B正确；
C、Rbisc酶催化CO2和C5反应称作二氧化碳的固定，C错误；
D、光合作用的暗反应过程需要光反应提供NADPH和ATP参与C3的还原，D正确。
故选AC。
3．(1) 同位素标记 ③ 叶绿素 O2
(2) ATP和NADPH 增加
(3) 提高 Rubisc与CO2的亲和力
【分析】分析题图：①表示O2与C5反应产生乙醇酸（C2）；②表示CO2和C5反应生成C3；③表示H+与NADP+结合生成NADPH；④表示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；⑤表示C3的还原。
【详解】（1）可以用同位素标记法研究碳元素的转移途径。在光合作用过程中，类囊体膜上发生的是光反应，水被分解成氧气并生成NADPH，同时伴随着ATP的生成，故可以发生③过程（H+与NADP+结合生成NADPH）。在光合色素中，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光照射条件下，参与代谢途径的主要色素是叶绿素（叶绿素a和叶绿素b）。在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，并生成过氧化氢，过氧化氢会被过氧化物酶体中的过氧化氢酶催化为水和氧气。
（2）对正常进行光合作用的植物突然停止光照，则光反应为暗反应提供的ATP和[H]减少，导致暗反应减弱；
C5与O2结合增加，在过氧化物酶体和线粒体协同下，生成的CO2增加。
（3）当CO2的含量较高，O2含量较低时，C5与CO2结合较多，与O2结合较少，可以降低光呼吸作用，另外，还可以通过提高Rubisc与CO2的亲和力，从而降低光呼吸作用。
4．B
【分析】光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，光反应在类囊体薄膜上进行，暗反应在叶绿体基质中进行。
【详解】A、图中CO2进入叶肉细胞后，与磷酸烯醇式丙酮酸结合，生成草酰乙酸，A正确；
B、高温条件下，C4植物光合效率高的原因是C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisc酶，故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用，B错误；
C、低浓度CO2条件下，C4植物能够利用低浓度的CO2进行光合作用，C3植物则不能，因此C4植物可能比C3植物生长得好，C正确；
D、由图可知，苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞，D正确。
故选B。
5．A
【分析】玉米存在C3和C4两个途径，夏季正午时会因气孔关闭，CO2吸收减少，但C4途径中的PEP羧化酶对CO2的亲和力很高，CO2通过C4途径进入C3途径，固定形成C3，C3被还原形成糖类物质。
【详解】A、在玉米的维管束鞘细胞中光合作用所利用的CO2来源有C4分解释放的和细胞呼吸产生的，A错误
B、若叶肉细胞中光合作用速率大于细胞呼吸速率，但对于整个植株来说，还有部分不能进行光合作用的细胞也要通过呼吸作用消耗有机物，故植物的干重不一定增加，B正确；
C、玉米的维管束鞘细胞能进行光合作用暗反应，故玉米的有机物是在维管束鞘细胞通过C3途径合成的，C正确；
D、在干旱条件下，植物叶片中的气孔部分关闭，导致植物吸收的CO2减小，相比于C3途径，C4途径中的PEP羧化酶对CO2的亲和力很高，C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中分解产生CO2，故C3途径植物光合速率比C4途径植物小，D正确。
故选A。
6．(1) 叶绿体基质 NADPH和ATP 干旱炎热的环境中，植物为了减少蒸腾作用，气孔大量关闭，造成CO2进入叶片组织大幅减少，导致光合作用强度明显减弱
(2)更低浓度的CO2
(3) 低 苹果酸分解和细胞呼吸 CO2的固定
【分析】图1：①是二氧化碳的固定，②是三碳化合物的还原。
图2：C4植物是在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体中进行CO2的固定的，C4植物是在不同细胞中进行CO2的固定。
图3：CAM植物是晚上在叶肉细胞的细胞质基质进行CO2固定，白天在叶肉细胞叶绿体中进行CO2固定的，所以CAM植物是在不同时间进行CO2固定。
【详解】（1）图1中过程①表示二氧化碳的固定，其进行的场所是细胞的叶绿体基质，过程②表示三碳化合物的还原，此过程需要光反应提供NADPH 和 ATP。C3植物在干旱、炎热的环境中，因为植物为了防止蒸腾作用散失大量水分，所以气孔大量关闭，故而影响了二氧化碳的吸收，导致光合作用强度明显减弱。
（2）与C3植物相比，C4植物叶肉细胞中固定CO2的酶与CO2的亲和力更强，故C4可以利用低浓度的二氧化碳，使得C4植物对干旱环境的适应能力强。
（3）CAM植物在夜晚要储存二氧化碳到液泡，故pH夜晚比白天要低，CAM植物白天气孔关闭，由图可知，卡尔文循环利用的CO2来源于苹果酸分解和细胞呼吸。因为生活在干旱炎热的环境中，为应对外界环境，CAM植物白天关闭气孔可降低蒸腾作用以减少水分的散失，夜晚进行CO2的固定过程。
7．AD
【分析】光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧气的过程。光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段的特征是在光驱动下生成氧气、ATP和NADPH的过程。暗反应阶段是利用光反应生成NADPH和ATP使气体二氧化碳还原为糖。由于这阶段基本上不直接依赖于光，而只是依赖于NADPH和ATP的提供，故称为暗反应阶段。
【详解】A、在白天，叶肉细胞能进行光合作用和呼吸作用，故能产生ATP的部位是叶绿体、线粒体和细胞质基质，A错误；
B、夜晚没有光照，光反应不能进行，无法为暗反应提供ATP和NADPH，故在夜晚不能持续进行光合作用合成有机物，B正确；
C、CAM途径的出现，能够适应干旱环境，干旱条件下气温较高，气孔开放程度较低，因此白天能从外界吸收的CO2不多，C正确；
D、CAM植物在白天气孔关闭，突然降低外界CO2浓度，不会影响细胞间CO2浓度，C3的含量不会突然减少，D错误。
故选AD。
8．B
【分析】由图可知，光呼吸和光合作用的安放映都利用C5作为原料，但光合作用的暗反应阶段通过C3的还原生成糖类和C5，实现了C5的再生，而光呼吸将C5彻底氧化分解生成CO2.
【详解】A、由图可知，光呼吸吸收O2、释放CO2的场所分别是叶绿体、线粒体，A正确；
B、在光照条件下，若叶肉细胞中O2含量下降、CO2含量升高，会抑制光呼吸过程，B错误；
C、温室栽培蔬菜时可通过增施有机肥，既减少光呼吸对光合产物的损耗并增强土壤的肥力，C正确；
D、由于干旱高温时，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，导致CO2浓度降低，C5更易于与O2结合，导致光呼吸增强，D正确。
故选B。
9．D
【分析】图像反映了遮光前后植物吸收或释放CO2速率变化，在遮光后短时间内CO2释放速率明显超过细胞在同等条件下细胞呼吸作用释放CO2速率。从图形可看出当遮光一段时间后CO2释放速率达到稳定，由于遮光后植物没有光合作用只有呼吸作用，所以B值就应代表该植物呼吸作用释放二氧化碳速率，B+C是代表在遮光短时间内释放CO2速率最大值，因此C代表遮光后短时间内除呼吸作用释放二氧化碳外其他途径释放二氧化碳速率。
【详解】A、当突然遮光，光照强度降低，光反应减弱，光反应产生的NADPH和ATP减少，C3的还原减弱，C5的生成减少，而CO2的固定依旧在进行，C5的消耗暂时不变，故C5减少，A错误；
B、光照条件下，植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，因此叶绿体和线粒体都会产生ATP，B错误；
C、由于遮光后植物没有光合作用只有呼吸作用所以B值就应代表该植物呼吸作用释放二氧化碳速率，若C代表遮光后短时间内除呼吸作用释放二氧化碳外其他途径释放二氧化碳速率，降低光照强度，光合作用降低，图形A面积变小，图形B代表的是呼吸作用，其面积不会变小，C错误；
D、据题可知，该植物光呼吸速率为5-3＝2μml·m-2·s-1，该植物在光照下叶绿体固定CO2的速率为7+3+2=12μml·m-2·s-1，D正确。
故选D。
10．A
【分析】植物在光照条件下进行光合作用，光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段在叶绿体的类囊体薄膜上进行水的光解，产生ATP和NADPH，同时释放氧气，ATP和NADPH用于暗反应阶段三碳化合物的还原，细胞的呼吸作用不受光照的限制，有光无光都可以进行，为细胞的各项生命活动提供能量。
【详解】A、在夜晚，叶肉细胞只能通过细胞呼吸产生ATP，即产生ATP的细胞器是线粒体，A错误；
B、具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，夜晚气孔张开吸收二氧化碳，可以适应干旱的环境条件，B正确；
C、具有景天酸代谢途径的植物，晚上气孔开放，14CO2进入细胞后在细胞质基质中与PEP结合生成OAA，然后再转化为苹果酸而被固定。白天苹果酸运出液泡后放出14CO2，14CO2首先与五碳化合物结合生成三碳化合物，随后三碳化合物被还原生成有机物，即14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中，C正确；
D、由于该植物白天气孔关闭，所以在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，对于该叶肉细胞来说，其暗反应不受影响，即C3的含量不受影响，短时间内不变，D正确。
故选A。
11．(1) O2、C5 ACD
(2)高于
(3) 低 液泡中的苹果酸经脱羧作用释放C02
(4)空间、时间
【分析】图1是光合作用和有氧呼吸过程示意图，其中A、B、C、D分别表示光合作用的光反应阶段、光合作用暗反应阶段、有氧呼吸第一阶段、有氧呼吸二三阶段。
C4植物是在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体中进行CO2的固定的，C4植物是在不同细胞中进行CO2的固定，而CAM植物是晚上在叶肉细胞的细胞质基质进行CO2固定，白天在叶肉细胞叶绿体中进行CO2固定的，所以CAM植物是在不同时间进行CO2固定。
【详解】（1）由图1分析可知，①是水光解产生的O2，④是参与CO2固定的C5。C过程是有氧呼吸第一阶段，发生在细胞质基质中。D表示的过程是有氧呼吸二三阶段。合成ATP的过程有A光反应阶段，C有氧呼吸第一阶段和D有氧呼吸二、三阶段。
（2）PEP化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍，结合图2推测，维管束鞘细胞中CO2浓度（消耗较慢）高于叶肉细胞中的CO2浓度。
（3）CAM植物在晚上气孔张开，吸收二氧化碳变成苹果酸，苹果酸进入液泡储存起来，白天苹果酸分解释放出二氧化碳用于卡尔文循环，因此CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白天要“低”。根据图3显示，CAM植物白天进行光合作用所需CO2的来源有液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2和细胞的呼吸作用产生。
（4）C4植物捕获和固定CO2的反应在空间上分离（在叶肉细胞和维管束鞘细胞中分别进行CO2的捕获和固定）CAM植物捕获和固定CO2的反应在时间上分离（晚上捕获，白天固定）。
12．A
【分析】根据题干信息和图形分析：在甘蔗叶肉细胞中PEP（C3）将CO2固定成C4（草酰乙酸），C4的进一步反应产物可转运到甘蔗的维管束鞘细胞中去释放出CO2，同时产生C3（丙酮酸），丙酮酸进入叶肉细胞的叶绿体进一步反应生成PEP；而释放出的CO2又可与RuBP（核酮糖二磷酸）结合进生成C3。
【详解】A、小麦体内只有一条固定 CO2的途经，即卡尔文循环；甘蔗除了具有C3途经外，还有C4途经，能有效利用较低浓度的 CO2，因此在干旱环境中，小麦叶片气孔关闭，吸收CO2较少，小麦光合作用速率比甘蔗小，A错误；
B、由图可知：甘蔗有机物的生成是在维管束鞘细胞中经过卡尔文循环合成的，而叶肉细胞只进行C4途径，不形成有机物，故甘蔗叶肉细胞不能通过卡尔文循环产生有机物，B正确；
C、甘蔗的叶肉细胞的叶绿体中基粒发达，维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒；小麦光合作用的全过程在叶肉细胞叶绿体中完成，故甘蔗、小麦光反应的场所都发生在叶肉细胞中，C正确；
D、由图可知，甘蔗暗反应过程中CO2的可以与PEP结合生成C4，也可与RUBP结合生成C3，故碳同化过程中CO2的受体是PEP和RUBP，小麦暗反应过程中 CO2的受体是RUBP，故两个过程中CO2的受体不完全相同，D正确。
故选A。
13．(1) 吸能 细胞质基质、叶绿体基质 NADPH和ATP
(2) 低浓度CO2处理后，PEPC的活性提高，改变了黑藻固定CO2的途径，有利于黑藻细胞在低浓度CO2条件下，增强固定CO2的能力，以提高光合作用强度 进化
(3)低浓度CO2处理诱导PEPC2基因表达增强，使PEPC2基因的表达相对含量增加，导致PEPC活性提高，引起固定CO2的能力增强
【分析】光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段：
1、光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生[H]与氧气，以及ATP的形成；
2、光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和[H]的作用下还原生成糖类等有机物。
【详解】（1）结合图示可知，丙酮酸转化为PEP的过程伴随着ATP的水解，故该过程属于吸能反应；黑藻细胞可以在细胞质基质中利用低浓度的CO2固定为C4，在叶绿体基质中利用高浓度的CO2与C5生成C3；C3的还原过程需要光反应产生的NADPH和ATP提供能量。
（2）研究发现黑藻经低浓度CO2处理后，PEPC与Rubisc的活性比值由0.47上升到4.17，结合题图可知，经低浓度CO2处理后，PEPC的活性提高，改变了黑藻固定CO2的途径，有利于黑藻细胞在低浓度CO2条件下增强固定CO2的能力，以提高光合作用强度；黑藻具有这种生理特性是长期进化的结果。
（3）“探究在低浓度CO2处理下黑藻固定CO2途径改变的分子机制”，分析实验结果图示可知，在低浓度CO2处理下，PEPC1基因表达的相对含量稍有下降，而PEPC2基因表达的相对含量明显增加，推测是由于低浓度CO2处理诱导PEPC2基因表达增强，使PEPC2基因的表达相对含量增加，导致PEPC活性提高，引起固定CO2的能力增强。
14．(1) 叶绿素 叶绿体基质 Rubisc酶活性、Rubisc酶含量、C5含量、pH等
(2) 偏高 叶绿体基质中剩余的C5加氧分解产生CO2
(3)光呼吸消耗ATP，有氧呼吸产生ATP
(4) 更强/更高 低(或弱)
(5) 乙醇酸转运蛋白减少，叶绿体内乙醇酸浓度高 AP途径能够更快速高效地降解乙醇酸产生CO2
【分析】据图1可知，光呼吸过程O2竞争性地结合到卡尔文循环关键酶Rubisc上，引起核酮糖-1，5二磷酸（C5）加氧分解，2-磷酸甘油酸，再转变成乙醇酸，乙醇酸被氧化，形成二氧化碳再释放出去，这是一个相当复杂的过程，这一系列反应是在三种细胞器中完成的，它们分别是叶绿体、过氧化物体以及线粒体。
【详解】（1）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，在红光照射条件下，参与途径①水光解过程的主要色素是叶绿素，Rubisc酶参与暗反应阶段（卡尔文循环），故Rubisc酶主要分布在叶绿体基质中，影响暗反应阶段（卡尔文循环）内部因素有Rubisc酶活性、Rubisc酶含量、C5含量、pH等。
（2）环境中O2与CO2含量比值会影响光呼吸过程，当环境中O2与CO2含量比值偏高时，O2竞争性地结合到卡尔文循环关键酶Rubisc上，叶片容易发生光呼吸。突然停止光照后，光反应过程停止，C3还原受阻，叶绿体基质中剩余的C5加氧分解产生CO2，叶片会出现快速释放CO2现象。
（3）光呼吸与有氧呼吸最大的区别是光呼吸需要消耗ATP，有氧呼吸能产生ATP。
（4）据图2可知，CO2的浓度较低时也能发生C4途径，故PEP羧化酶比Rubisc酶对CO2的亲和力更高，C4植物光呼吸比C3植物低。
（5）据图3可知，当胞间CO2浓度较高时，三种类型植株中，AP＋RNA干扰型光合速率最高的原因可能是乙醇酸转运蛋白减少，叶绿体内乙醇酸浓度高、AP途径能够更快速高效地降解乙醇酸产生CO2造成的，进而促进该植物光合作用过程。
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。该过程以光合作用的中间产物为底物， 吸收氧、释放二氧化碳。其生化途径和在细胞中的发生部位也与一般呼吸(也称暗呼吸)不同。
1、起因：在生物体的进化过程中产生了一种具有双功能的酶，这个酶的名字叫做 RuBP 羧化/加氧酶（核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶），可以缩写为 Rubisc。核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)就是卡尔文循环中的C5。二氧化碳和氧气竞争性与 Rubisc 结合，当二氧化碳浓度高时，Rubisc 催化 RuBP 与二氧化碳形成两分子 3－磷酸甘油酸(PGA)，就是卡尔文循环中的 C3；进行卡尔文循环；当氧气浓度高时，Rubisc 催化 RuBP与氧气形成1分子 PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中PGA进入卡尔文循环，而磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成乙醇酸，乙醇酸离开叶绿体，进行光呼吸。基本过程见下图。
2、卡尔文循环和光呼吸的详细过程：光合碳循环中催化 CO2固定的核酮糖－1,5－二磷酸羧化酶同时具有加氧酶的功能，催化 RuBP 的加氧反应，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；乙醛酸经转氨反应变为甘氨酸后，由两分子甘氨酸生成丝氨酸、CO2和 NH3各一分子。这便是光呼吸的释放 CO2的反应。丝氨酸以后转变为羟基丙酮酸， 再被还原及磷酸化成为 PGA，后者又进入光合碳循环。
3、光呼吸的危害
如果在较强光下，光呼吸加强，使得 C5氧化分解加强， 一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过程中消耗了 ATP 和 NADPH，即造成了能量的损耗。
4、光呼吸的意义
光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义，这也许是进化过程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意义如下：
（1）回收碳元素。就是2 分子的C2形成1 分子的C3和CO2，那 1 分子C3通过光呼吸过程又返回到卡尔文循环中，不至于全部流失掉。即通过光呼吸回收了 3/4 的碳元素。
（2）防止强光对叶绿体的破坏。强光时，由于光反应速率大于暗反应速率， 因此，叶肉细胞中会积累 ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的 ATP 和 NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。当然植物体还有很多避免强光下 损伤叶绿体的机制。光呼吸算是其中之一。
（3）消除乙醇酸对细胞的毒害。
1．Rubisc是光合作用暗反应中催化CO2与RuBP结合的酶。该酶同时具有催化O2与RuBP结合的活性。当CO2浓度相对较高时，该酶催化CO2与RuBP结合生成C3，并进一步完成卡尔文循环。当O2浓度相对较高时，该酶催化O2与RuBP结合生成C3和C2, C3进入卡尔文循环:C2最后在线粒体内生成CO2该过程称为光呼吸。卡尔文循环和光呼吸的过程如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．卡尔文循环中，C3的还原需要消耗光反应产生的ATP和NADPH
B．CO2与RuBP结合的场所和O2与RuBP结合的场所不同
C．温室栽培蔬菜时增施有机肥，既减少光呼吸对光合产物的损耗又增加土壤肥力
D．干旱胁迫容易导致植物光呼吸强度增加
2．Rubisc 酶是绿色植物光合作用过程中的关键酶，当CO2浓度较高时，该酶催化CO2与C5反应进行光合作用。当O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，最后在线粒体内生成CO2，植物这种在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。下列叙述错误的是（ ）
A．绿色植物进行光呼吸的场所有叶绿体基粒和线粒体
B．植物光呼吸的进行导致光合作用产生的有机物减少
C．Rubisc酶催化CO2和C5反应称作三碳化合物的还原
D．光合作用的暗反应过程需要光反应提供NADPH和ATP
3．下图所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系（①～⑤表示代谢途径）。Rubisc 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。据图回答相关问题：
(1)利用___________方法，可以研究C 元素在图示代谢中转移途径。图示中，类囊体膜直接参与的代谢途径有___________（从①～⑤中选填），在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是___________。在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成了过氧化氢，过氧化氢再分解生成___________和H2O。
(2)正常进行光合作用的植物，突然停止光照，引起___________减少，导致暗反应减弱，
C5与O2结合增加，使细胞释放的CO2___________（填“增加”或“减少”）。
(3)结合图示分析，通过___________（填“提高”或“降低”）CO2 /O2 或者提高___________可以降低光呼吸作用。
1、基本概念
C4途径是有一些植物对外界吸收的CO2的固定反应是在叶肉细胞的胞质溶胶中进行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下将CO2连接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上，形成四碳酸：草酰乙酸(OAA)，这种固定CO2的方式称为C4途径。C4植物每同化1分子CO2,需要消耗5分子ATP和2分子NADPH。
2、光合作用C4途径产生的原因
因为C4植物中含有能固定CO2为C4的相关酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，简称为PEP羧化酶（与CO2有很强的亲和力）。可促使PEP把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。C4植物这种独特的作用，被形象的比喻成“二氧化碳泵”。
3、C3植物与C4植物叶片结构比较
C3植物叶片中维管束鞘细胞较小，其内不含叶绿体，其叶肉细胞内含有典型的叶绿体，即可进行光反应又可进行暗反应。
C4植物叶片有“花环形结构”的两圈细胞，内层为维管束鞘细胞，含有叶绿体，只能进行暗反应。叶肉细胞中含典型叶绿体，能进行光反应，通过C4途径固定CO2。
4、C4植物具有较高光合速率的因素
（1）C4植物的叶肉细胞中的PEP羧化酶（PEPC）对底物CO2溶解产物HCO3－的亲和力极高，使细胞中有高浓度的CO2，从而促进暗反应，降低了光呼吸，且光呼吸释放的CO2又易被再固定；
（2）高光强可产生更多的NADPH和ATP，以满足C4植物C4循环对ATP的额外需求；
（3）鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束，从而避免了光合产物累积对光合作用可能产生的抑制作用。
这些都使C4植物可以具有较高的光合速率。
4．研究发现，玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环（固定CO2的初产物为C3，简称C3途径）外，还有另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物为C4，简称C4途径，这种植物为C4植物，其固定CO2的途径如下图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍。下列有关叙述错误的是（ ）
A．图中CO2进入叶肉细胞被固定的最初产物是草酰乙酸
B．高温条件下，C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭
C．低浓度CO2条件下，C4植物可能比C3植物生长得好
D．苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞
5．玉米叶肉细胞中的叶绿体较小数目也少但叶绿体内有基粒；相邻的维管束鞘细胞中叶绿体较大数目较多但叶绿体内没有基粒。玉米细胞除C3途径外还有另一条固定CO2的途径，简称C4途径如下图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍。下列有关叙述错误的是（ ）
A．维管束鞘细胞中光合作用所利用的CO2都是C4分解释放的
B．若叶肉细胞中光合作用速率大于细胞呼吸速率，植物的干重不一定增加
C．玉米的有机物是在维管束鞘细胞通过C3途径合成的
D．干旱条件下C3途径植物光合速率比C4途径植物小
1. 光合作用CAM途径基本定义
景天属植物是一大类肉质植物，景天酸代谢(crassulacean acid metablism，CAM)首先就是在这类植物中发现。景天属植物夜间将吸收的CO2固定在苹果酸（C4）中，白天苹果酸分解释放CO2参与光合作用。
2. 光合作用CAM途径过程图解
3、光合作用CAM途径特点
（1）CAM途径的形成，是与植物适应干旱地区有关。白天缺水，气孔关闭，植物便利用前一个晚上固定的CO2进行光合作用。
（2）植物体在夜晚的有机酸含量十分高，而糖类含量下降；白天则相反，有机酸下降，而糖分增多。
（3）由于利用的CO2含量有限，CAM途径光合作用强度较低，生物产量通常较低。
6．为了应对外界环境的变化，植物在长期的进化过程中逐渐形成了自己独特的代谢过程。根据光合作用中的碳同化途径的不同，可把植物分为C3植物、C4植物和CAM植物。C3植物为典型温带植物，如水稻、小麦；C4植物为典型热带或亚热带植物，如玉米、甘蔗；CAM植物（景天科植物）为典型干旱地区植物，如仙人掌。下图1、2、3分别表示三类植物的光合作用的部分过程，请据图回答下列问题：
(1)图1中过程①进行的场所是细胞的____________，过程②需要光反应提供____________。C3植物在干旱、炎热的环境中，光合作用强度明显减弱的原因是____________。
(2)与C3植物相比，C4植物叶肉细胞中固定CO2的酶与CO2的亲和力更强，使得C4植物能利用____________，因此，C4植物对干旱环境的适应能力强。
(3)CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白要____________（填“高”或“低”）。CAM植物之所以适应干旱地区的环境变化，是因为CAM植物白天气孔关闭进行卡尔文循环，其利用的CO2来源于____________；夜晚进行____________过程。
7．某些植物可通过特有的景天酸代谢（CAM）途径固定CO2。在夜晚，叶片的气孔开放，通过一系列反应将CO2固定成苹果酸储存在液泡中（甲）；在白天，叶片气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体进行暗反应（乙）。下列关于CAM植物的叙述，错误的是（ ）
A．在白天，叶肉细胞能产生ATP的部位只有线粒体
B．该植物细胞在夜晚不能持续进行光合作用合成有机物
C．CAM途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
D．若下午突然降低外界CO2浓度，C3的含量突然减少
8．绿色植物在进行光合作用时会同时伴随发生一种消耗能量、吸收和释放CO2的现象，被称为光呼吸。下图为光呼吸的关系示意图。下列有关说法错误的是（ ）
A．光呼吸吸收O2、释放CO2的场所分别是叶绿体、线粒体
B．在光照条件下，若叶肉细胞中O2含量下降、CO2含量升高，会促进光呼吸
C．温室栽培蔬菜时可通过增施有机肥减少光呼吸对光合产物的损耗
D．干旱高温等逆境条件下，植物的光呼吸会增强
9．科学家通过实验观察到，正在进行光合作用的叶片突然停止光照后，短时间内会释放出大量的CO2，这一现象被称为“CO2的猝发”。研究表明植物除了细胞呼吸外还存在另一个释放CO2的途径——光呼吸。图为适宜条件下某植物叶片遮光前CO2吸收速率和遮光后CO2释放速率随时间变化的曲线（单位：μml·m-2·s-1），下列说法正确的是（ ）
A．突然遮光，短时间内叶绿体中C5的含量会上升
B．光照条件下该植物产生ATP的场所是叶绿体
C．若降低光照强度，则图形A、B的面积均变小速率
D．该植物在光照条件下叶绿体固定CO2的速率为12μml·m-2·s-1
10．景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应(乙)利用。下列关于这类植物的叙述错误的是（ ）
A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
C．给植物提供14C标记的14CO2,14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中
D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内不变
11．光合作用的暗反应过程被称为碳同化。植物在长期进化过程中逐渐形成了多种碳同化途径，如图1、图2、图3所示，请据图回答下列问题：
(1)图1中的①、②、③、④表示物质， A、B、C、D表示生理过程，则①和④分别表示_____，在A、B、C、D中，能产生ATP的过程有_____（填字母）。
(2)在C4植物中，PEP化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍，在显微镜下观察C4植物玉米的叶片发现，叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构，结合图2推测，维管束鞘细胞中CO2浓度_____（填“高于”或“低于”）叶肉细胞中的CO2浓度。
(3)由图3推测，CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白天要_____（填“高”或“低”）。CAM植物白天气孔关闭，用于光合作用的CO2来源于_____。
(4)由图2和图3可知，C4植物和CAM植物捕获CO2和生成有机物的反应分别是在_____（填“时间”或“空间”）上分离，这两种途径都有利于植物适应环境。
12．小麦体内只有一条固定CO2的途经——卡尔文循环，也称为C3途经；甘蔗除了具有C3途经外，还有另外一条途经，即C4途经。比较甘蔗和小麦的叶片结构发现，小麦的维管束鞘细胞不含叶绿体，光合作用的全过程在叶肉细胞叶绿体中完成。而甘蔗的叶肉细胞的叶绿体中基粒发达，维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒。甘蔗细胞暗反应中CO2固定过程如下图所示，能有效利用较低浓度的CO2。下列错误的是（ ）
A．干旱环境小麦光合作用速率比甘蔗大
B．甘蔗叶肉细胞不能通过卡尔文循环产生有机物
C．甘蔗、小麦光反应的场所发生在叶肉细胞中
D．甘蔗、小麦暗反应过程中CO2的受体不完全相同
13．黑藻固定CO2有两条途径（如图）：①CO2在核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶（Rubisc）催化下直接与C5反应生成C3；②CO2先在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）催化下与磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）反应生成C4（四碳化合物），当C4储存到一定量时分解放出CO2参与暗反应。已知PEPC对CO2亲和力是Rubisc的几十倍。
回答下列问题：
(1)由图可知，丙酮酸转化为PEP的过程属于______（填“吸能”或“放能”）反应。黑藻细胞固定CO2的具体场所是______。C3的还原需要______提供能量。
(2)研究发现黑藻经低浓度CO2处理后，PEPC与Rubisc的活性比值由0.47上升到4.17，试分析发生这一变化的意义：______。黑藻具有这种生理特性是长期______的结果。
(3)为了探究在低浓度CO2处理下黑藻固定CO2途径改变的分子机制，研究人员检测了低浓度CO2处理前后黑藻体内两种PEPC基因的表达情况，结果如图所示。
由图可知，在低浓度CO2处理下黑藻固定CO2途径改变的分子机制是______。
14．光呼吸可使大豆、水稻和小麦等作物的光合效率降低20%至50%，造成产量损失。光呼吸是由于O2竞争性地结合到卡尔文循环关键酶Rubisc酶上，引起核酮糖1，5二磷酸(C5)加氧分解。下图1表示叶肉细胞中有关代谢，其中①～④代表光呼吸过程。请据图回答下列问题：
(1)在红光照射条件下，参与途径①的主要色素是__________；Rubisc酶主要分布在____中，催化CO2与C5结合，生成2分子C3，影响该反应的内部因素有_________(写出两个)。
(2)当环境中O2与CO2含量比值________(填“偏高”或“偏低”)时，叶片容易发生光呼吸。正常光合的叶片，突然停止光照后叶片会出现快速释放CO2现象(CO2猝发)，试解释这一现象产生的原因：___________。
(3)从能量代谢分析，光呼吸与有氧呼吸最大的区别是__________________。
(4)水稻、小麦属于C3植物，而高粱、玉米属于C4植物，其特有的C4途径如图2所示。根据图中信息推测，PEP羧化酶比Rubisc酶对CO2的亲和力________。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构，根据此结构特点，进一步推测C4植物光呼吸比C3植物________。
(5)根据对光呼吸机理的研究，科研人员利用基因编辑手段设计了只在叶绿体中完成的光呼吸替代途径AP(依然具有降解乙醇酸产生CO2的能力)。同时利用RNA干扰技术，降低叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白的表达量。检测三种不同类型植株的光合速率，实验结果如图3所示。据此回答：当胞间CO2浓度较高时，三种类型植株中，AP＋RNA干扰型光合速率最高的原因可能是____________、___________，进而促进光合作用过程。
回归课本之新教材的查缺补漏-03光呼吸
专题3 光呼吸
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。该过程以光合作用的中间产物为底物， 吸收氧、释放二氧化碳。其生化途径和在细胞中的发生部位也与一般呼吸(也称暗呼吸)不同。
1、起因：在生物体的进化过程中产生了一种具有双功能的酶，这个酶的名字叫做 RuBP 羧化/加氧酶（核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶），可以缩写为 Rubisc。核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)就是卡尔文循环中的C5。二氧化碳和氧气竞争性与 Rubisc 结合，当二氧化碳浓度高时，Rubisc 催化 RuBP 与二氧化碳形成两分子 3－磷酸甘油酸(PGA)，就是卡尔文循环中的 C3；进行卡尔文循环；当氧气浓度高时，Rubisc 催化 RuBP与氧气形成1分子 PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中PGA进入卡尔文循环，而磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成乙醇酸，乙醇酸离开叶绿体，进行光呼吸。基本过程见下图。
2、卡尔文循环和光呼吸的详细过程：光合碳循环中催化 CO2固定的核酮糖－1,5－二磷酸羧化酶同时具有加氧酶的功能，催化 RuBP 的加氧反应，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；乙醛酸经转氨反应变为甘氨酸后，由两分子甘氨酸生成丝氨酸、CO2和 NH3各一分子。这便是光呼吸的释放 CO2的反应。丝氨酸以后转变为羟基丙酮酸， 再被还原及磷酸化成为 PGA，后者又进入光合碳循环。
3、光呼吸的危害
如果在较强光下，光呼吸加强，使得 C5氧化分解加强， 一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过程中消耗了 ATP 和 NADPH，即造成了能量的损耗。
4、光呼吸的意义
光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义，这也许是进化过程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意义如下：
（1）回收碳元素。就是2 分子的C2形成1 分子的C3和CO2，那 1 分子C3通过光呼吸过程又返回到卡尔文循环中，不至于全部流失掉。即通过光呼吸回收了 3/4 的碳元素。
（2）防止强光对叶绿体的破坏。强光时，由于光反应速率大于暗反应速率， 因此，叶肉细胞中会积累 ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的 ATP 和 NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。当然植物体还有很多避免强光下 损伤叶绿体的机制。光呼吸算是其中之一。
（3）消除乙醇酸对细胞的毒害。
1．Rubisc是光合作用暗反应中催化CO2与RuBP结合的酶。该酶同时具有催化O2与RuBP结合的活性。当CO2浓度相对较高时，该酶催化CO2与RuBP结合生成C3，并进一步完成卡尔文循环。当O2浓度相对较高时，该酶催化O2与RuBP结合生成C3和C2, C3进入卡尔文循环:C2最后在线粒体内生成CO2该过程称为光呼吸。卡尔文循环和光呼吸的过程如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．卡尔文循环中，C3的还原需要消耗光反应产生的ATP和NADPH
B．CO2与RuBP结合的场所和O2与RuBP结合的场所不同
C．温室栽培蔬菜时增施有机肥，既减少光呼吸对光合产物的损耗又增加土壤肥力
D．干旱胁迫容易导致植物光呼吸强度增加
2．Rubisc 酶是绿色植物光合作用过程中的关键酶，当CO2浓度较高时，该酶催化CO2与C5反应进行光合作用。当O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，最后在线粒体内生成CO2，植物这种在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。下列叙述错误的是（ ）
A．绿色植物进行光呼吸的场所有叶绿体基粒和线粒体
B．植物光呼吸的进行导致光合作用产生的有机物减少
C．Rubisc酶催化CO2和C5反应称作三碳化合物的还原
D．光合作用的暗反应过程需要光反应提供NADPH和ATP
3．下图所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系（①～⑤表示代谢途径）。Rubisc 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。据图回答相关问题：
(1)利用___________方法，可以研究C 元素在图示代谢中转移途径。图示中，类囊体膜直接参与的代谢途径有___________（从①～⑤中选填），在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是___________。在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成了过氧化氢，过氧化氢再分解生成___________和H2O。
(2)正常进行光合作用的植物，突然停止光照，引起___________减少，导致暗反应减弱，
C5与O2结合增加，使细胞释放的CO2___________（填“增加”或“减少”）。
(3)结合图示分析，通过___________（填“提高”或“降低”）CO2 /O2 或者提高___________可以降低光呼吸作用。
1、基本概念
C4途径是有一些植物对外界吸收的CO2的固定反应是在叶肉细胞的胞质溶胶中进行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下将CO2连接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上，形成四碳酸：草酰乙酸(OAA)，这种固定CO2的方式称为C4途径。C4植物每同化1分子CO2,需要消耗5分子ATP和2分子NADPH。
2、光合作用C4途径产生的原因
因为C4植物中含有能固定CO2为C4的相关酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，简称为PEP羧化酶（与CO2有很强的亲和力）。可促使PEP把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。C4植物这种独特的作用，被形象的比喻成“二氧化碳泵”。
3、C3植物与C4植物叶片结构比较
C3植物叶片中维管束鞘细胞较小，其内不含叶绿体，其叶肉细胞内含有典型的叶绿体，即可进行光反应又可进行暗反应。
C4植物叶片有“花环形结构”的两圈细胞，内层为维管束鞘细胞，含有叶绿体，只能进行暗反应。叶肉细胞中含典型叶绿体，能进行光反应，通过C4途径固定CO2。
4、C4植物具有较高光合速率的因素
（1）C4植物的叶肉细胞中的PEP羧化酶（PEPC）对底物CO2溶解产物HCO3－的亲和力极高，使细胞中有高浓度的CO2，从而促进暗反应，降低了光呼吸，且光呼吸释放的CO2又易被再固定；
（2）高光强可产生更多的NADPH和ATP，以满足C4植物C4循环对ATP的额外需求；
（3）鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束，从而避免了光合产物累积对光合作用可能产生的抑制作用。
这些都使C4植物可以具有较高的光合速率。
4．研究发现，玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环（固定CO2的初产物为C3，简称C3途径）外，还有另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物为C4，简称C4途径，这种植物为C4植物，其固定CO2的途径如下图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍。下列有关叙述错误的是（ ）
A．图中CO2进入叶肉细胞被固定的最初产物是草酰乙酸
B．高温条件下，C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭
C．低浓度CO2条件下，C4植物可能比C3植物生长得好
D．苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞
5．玉米叶肉细胞中的叶绿体较小数目也少但叶绿体内有基粒；相邻的维管束鞘细胞中叶绿体较大数目较多但叶绿体内没有基粒。玉米细胞除C3途径外还有另一条固定CO2的途径，简称C4途径如下图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍。下列有关叙述错误的是（ ）
A．维管束鞘细胞中光合作用所利用的CO2都是C4分解释放的
B．若叶肉细胞中光合作用速率大于细胞呼吸速率，植物的干重不一定增加
C．玉米的有机物是在维管束鞘细胞通过C3途径合成的
D．干旱条件下C3途径植物光合速率比C4途径植物小
1. 光合作用CAM途径基本定义
景天属植物是一大类肉质植物，景天酸代谢(crassulacean acid metablism，CAM)首先就是在这类植物中发现。景天属植物夜间将吸收的CO2固定在苹果酸（C4）中，白天苹果酸分解释放CO2参与光合作用。
2. 光合作用CAM途径过程图解
3、光合作用CAM途径特点
（1）CAM途径的形成，是与植物适应干旱地区有关。白天缺水，气孔关闭，植物便利用前一个晚上固定的CO2进行光合作用。
（2）植物体在夜晚的有机酸含量十分高，而糖类含量下降；白天则相反，有机酸下降，而糖分增多。
（3）由于利用的CO2含量有限，CAM途径光合作用强度较低，生物产量通常较低。
6．为了应对外界环境的变化，植物在长期的进化过程中逐渐形成了自己独特的代谢过程。根据光合作用中的碳同化途径的不同，可把植物分为C3植物、C4植物和CAM植物。C3植物为典型温带植物，如水稻、小麦；C4植物为典型热带或亚热带植物，如玉米、甘蔗；CAM植物（景天科植物）为典型干旱地区植物，如仙人掌。下图1、2、3分别表示三类植物的光合作用的部分过程，请据图回答下列问题：
(1)图1中过程①进行的场所是细胞的____________，过程②需要光反应提供____________。C3植物在干旱、炎热的环境中，光合作用强度明显减弱的原因是____________。
(2)与C3植物相比，C4植物叶肉细胞中固定CO2的酶与CO2的亲和力更强，使得C4植物能利用____________，因此，C4植物对干旱环境的适应能力强。
(3)CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白要____________（填“高”或“低”）。CAM植物之所以适应干旱地区的环境变化，是因为CAM植物白天气孔关闭进行卡尔文循环，其利用的CO2来源于____________；夜晚进行____________过程。
7．某些植物可通过特有的景天酸代谢（CAM）途径固定CO2。在夜晚，叶片的气孔开放，通过一系列反应将CO2固定成苹果酸储存在液泡中（甲）；在白天，叶片气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体进行暗反应（乙）。下列关于CAM植物的叙述，错误的是（ ）
A．在白天，叶肉细胞能产生ATP的部位只有线粒体
B．该植物细胞在夜晚不能持续进行光合作用合成有机物
C．CAM途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
D．若下午突然降低外界CO2浓度，C3的含量突然减少
8．绿色植物在进行光合作用时会同时伴随发生一种消耗能量、吸收和释放CO2的现象，被称为光呼吸。下图为光呼吸的关系示意图。下列有关说法错误的是（ ）
A．光呼吸吸收O2、释放CO2的场所分别是叶绿体、线粒体
B．在光照条件下，若叶肉细胞中O2含量下降、CO2含量升高，会促进光呼吸
C．温室栽培蔬菜时可通过增施有机肥减少光呼吸对光合产物的损耗
D．干旱高温等逆境条件下，植物的光呼吸会增强
9．科学家通过实验观察到，正在进行光合作用的叶片突然停止光照后，短时间内会释放出大量的CO2，这一现象被称为“CO2的猝发”。研究表明植物除了细胞呼吸外还存在另一个释放CO2的途径——光呼吸。图为适宜条件下某植物叶片遮光前CO2吸收速率和遮光后CO2释放速率随时间变化的曲线（单位：μml·m-2·s-1），下列说法正确的是（ ）
A．突然遮光，短时间内叶绿体中C5的含量会上升
B．光照条件下该植物产生ATP的场所是叶绿体
C．若降低光照强度，则图形A、B的面积均变小速率
D．该植物在光照条件下叶绿体固定CO2的速率为12μml·m-2·s-1
10．景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应(乙)利用。下列关于这类植物的叙述错误的是（ ）
A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
C．给植物提供14C标记的14CO2,14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中
D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内不变
11．光合作用的暗反应过程被称为碳同化。植物在长期进化过程中逐渐形成了多种碳同化途径，如图1、图2、图3所示，请据图回答下列问题：
(1)图1中的①、②、③、④表示物质， A、B、C、D表示生理过程，则①和④分别表示_____，在A、B、C、D中，能产生ATP的过程有_____（填字母）。
(2)在C4植物中，PEP化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍，在显微镜下观察C4植物玉米的叶片发现，叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构，结合图2推测，维管束鞘细胞中CO2浓度_____（填“高于”或“低于”）叶肉细胞中的CO2浓度。
(3)由图3推测，CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白天要_____（填“高”或“低”）。CAM植物白天气孔关闭，用于光合作用的CO2来源于_____。
(4)由图2和图3可知，C4植物和CAM植物捕获CO2和生成有机物的反应分别是在_____（填“时间”或“空间”）上分离，这两种途径都有利于植物适应环境。
12．小麦体内只有一条固定CO2的途经——卡尔文循环，也称为C3途经；甘蔗除了具有C3途经外，还有另外一条途经，即C4途经。比较甘蔗和小麦的叶片结构发现，小麦的维管束鞘细胞不含叶绿体，光合作用的全过程在叶肉细胞叶绿体中完成。而甘蔗的叶肉细胞的叶绿体中基粒发达，维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒。甘蔗细胞暗反应中CO2固定过程如下图所示，能有效利用较低浓度的CO2。下列错误的是（ ）
A．干旱环境小麦光合作用速率比甘蔗大
B．甘蔗叶肉细胞不能通过卡尔文循环产生有机物
C．甘蔗、小麦光反应的场所发生在叶肉细胞中
D．甘蔗、小麦暗反应过程中CO2的受体不完全相同
13．黑藻固定CO2有两条途径（如图）：①CO2在核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶（Rubisc）催化下直接与C5反应生成C3；②CO2先在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）催化下与磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）反应生成C4（四碳化合物），当C4储存到一定量时分解放出CO2参与暗反应。已知PEPC对CO2亲和力是Rubisc的几十倍。
回答下列问题：
(1)由图可知，丙酮酸转化为PEP的过程属于______（填“吸能”或“放能”）反应。黑藻细胞固定CO2的具体场所是______。C3的还原需要______提供能量。
(2)研究发现黑藻经低浓度CO2处理后，PEPC与Rubisc的活性比值由0.47上升到4.17，试分析发生这一变化的意义：______。黑藻具有这种生理特性是长期______的结果。
(3)为了探究在低浓度CO2处理下黑藻固定CO2途径改变的分子机制，研究人员检测了低浓度CO2处理前后黑藻体内两种PEPC基因的表达情况，结果如图所示。
由图可知，在低浓度CO2处理下黑藻固定CO2途径改变的分子机制是______。
14．光呼吸可使大豆、水稻和小麦等作物的光合效率降低20%至50%，造成产量损失。光呼吸是由于O2竞争性地结合到卡尔文循环关键酶Rubisc酶上，引起核酮糖1，5二磷酸(C5)加氧分解。下图1表示叶肉细胞中有关代谢，其中①～④代表光呼吸过程。请据图回答下列问题：
(1)在红光照射条件下，参与途径①的主要色素是__________；Rubisc酶主要分布在____中，催化CO2与C5结合，生成2分子C3，影响该反应的内部因素有_________(写出两个)。
(2)当环境中O2与CO2含量比值________(填“偏高”或“偏低”)时，叶片容易发生光呼吸。正常光合的叶片，突然停止光照后叶片会出现快速释放CO2现象(CO2猝发)，试解释这一现象产生的原因：___________。
(3)从能量代谢分析，光呼吸与有氧呼吸最大的区别是__________________。
(4)水稻、小麦属于C3植物，而高粱、玉米属于C4植物，其特有的C4途径如图2所示。根据图中信息推测，PEP羧化酶比Rubisc酶对CO2的亲和力________。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构，根据此结构特点，进一步推测C4植物光呼吸比C3植物________。
(5)根据对光呼吸机理的研究，科研人员利用基因编辑手段设计了只在叶绿体中完成的光呼吸替代途径AP(依然具有降解乙醇酸产生CO2的能力)。同时利用RNA干扰技术，降低叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白的表达量。检测三种不同类型植株的光合速率，实验结果如图3所示。据此回答：当胞间CO2浓度较高时，三种类型植株中，AP＋RNA干扰型光合速率最高的原因可能是____________、___________，进而促进光合作用过程。
参考答案：
1．B
【分析】由题干信息可知，植物在光下会进行一种区别于光合作用和呼吸作用的生理作用，即光呼吸作用，该作用在光下吸收O2产生CO2，该现象与植物的Rubisc酶有关，它催化五碳化合物反应取决于CO2和O2的浓度，当CO2的浓度较高时，会进行光合作用的暗反应阶段，当O2的浓度较高时，会产生三碳化合物进入线粒体中进行光呼吸。
【详解】A、卡尔文循环中，C3的还原需要能量和还原剂，故需要消耗光反应产生的ATP和NADPH，A正确；
B、催化RuBP与CO2结合与催化RuBP与O2结合的是同一种酶(Rubisc)，说明CO2与RuBP结合的场所和O2与RuBP结合的场所相同，均在叶绿体基质，B错误；
C、在有光条件下，若叶肉细胞中O2含量下降，CO2含量升高，会抑制光呼吸过程，因此温室栽培蔬菜时可通过增施有机肥措施，微生物分解有机物时消耗O2，产生CO2和无机盐，既减少光呼吸对光合产物的损耗又增土壤的肥力，C正确；
D、由于干旱时，温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，导致CO2浓度降低，Rubisc更易于与O2结合，导致光呼吸增强，D正确。
故选B。
2．AC
【分析】 光合作用的过程及场所：光反应发生在类囊体薄膜中，主要包括水的光解和ATP的合成两个过程；暗反应发生在叶绿体基质中，主要包括CO2的固定和C3的还原两个过程。
【详解】A、光呼吸是植物在当O2浓度较高时，Rubisc酶催化C5与O2反应，最后在线粒体内生成CO2的过程，涉及到的场所有叶绿体基质和线粒体，A错误；
B、植物光呼吸的进行利用了C5，影响CO2的固定，导致光合作用产生的有机物减少，B正确；
C、Rbisc酶催化CO2和C5反应称作二氧化碳的固定，C错误；
D、光合作用的暗反应过程需要光反应提供NADPH和ATP参与C3的还原，D正确。
故选AC。
3．(1) 同位素标记 ③ 叶绿素 O2
(2) ATP和NADPH 增加
(3) 提高 Rubisc与CO2的亲和力
【分析】分析题图：①表示O2与C5反应产生乙醇酸（C2）；②表示CO2和C5反应生成C3；③表示H+与NADP+结合生成NADPH；④表示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；⑤表示C3的还原。
【详解】（1）可以用同位素标记法研究碳元素的转移途径。在光合作用过程中，类囊体膜上发生的是光反应，水被分解成氧气并生成NADPH，同时伴随着ATP的生成，故可以发生③过程（H+与NADP+结合生成NADPH）。在光合色素中，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光照射条件下，参与代谢途径的主要色素是叶绿素（叶绿素a和叶绿素b）。在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，并生成过氧化氢，过氧化氢会被过氧化物酶体中的过氧化氢酶催化为水和氧气。
（2）对正常进行光合作用的植物突然停止光照，则光反应为暗反应提供的ATP和[H]减少，导致暗反应减弱；
C5与O2结合增加，在过氧化物酶体和线粒体协同下，生成的CO2增加。
（3）当CO2的含量较高，O2含量较低时，C5与CO2结合较多，与O2结合较少，可以降低光呼吸作用，另外，还可以通过提高Rubisc与CO2的亲和力，从而降低光呼吸作用。
4．B
【分析】光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，光反应在类囊体薄膜上进行，暗反应在叶绿体基质中进行。
【详解】A、图中CO2进入叶肉细胞后，与磷酸烯醇式丙酮酸结合，生成草酰乙酸，A正确；
B、高温条件下，C4植物光合效率高的原因是C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisc酶，故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用，B错误；
C、低浓度CO2条件下，C4植物能够利用低浓度的CO2进行光合作用，C3植物则不能，因此C4植物可能比C3植物生长得好，C正确；
D、由图可知，苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞，D正确。
故选B。
5．A
【分析】玉米存在C3和C4两个途径，夏季正午时会因气孔关闭，CO2吸收减少，但C4途径中的PEP羧化酶对CO2的亲和力很高，CO2通过C4途径进入C3途径，固定形成C3，C3被还原形成糖类物质。
【详解】A、在玉米的维管束鞘细胞中光合作用所利用的CO2来源有C4分解释放的和细胞呼吸产生的，A错误
B、若叶肉细胞中光合作用速率大于细胞呼吸速率，但对于整个植株来说，还有部分不能进行光合作用的细胞也要通过呼吸作用消耗有机物，故植物的干重不一定增加，B正确；
C、玉米的维管束鞘细胞能进行光合作用暗反应，故玉米的有机物是在维管束鞘细胞通过C3途径合成的，C正确；
D、在干旱条件下，植物叶片中的气孔部分关闭，导致植物吸收的CO2减小，相比于C3途径，C4途径中的PEP羧化酶对CO2的亲和力很高，C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中分解产生CO2，故C3途径植物光合速率比C4途径植物小，D正确。
故选A。
6．(1) 叶绿体基质 NADPH和ATP 干旱炎热的环境中，植物为了减少蒸腾作用，气孔大量关闭，造成CO2进入叶片组织大幅减少，导致光合作用强度明显减弱
(2)更低浓度的CO2
(3) 低 苹果酸分解和细胞呼吸 CO2的固定
【分析】图1：①是二氧化碳的固定，②是三碳化合物的还原。
图2：C4植物是在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体中进行CO2的固定的，C4植物是在不同细胞中进行CO2的固定。
图3：CAM植物是晚上在叶肉细胞的细胞质基质进行CO2固定，白天在叶肉细胞叶绿体中进行CO2固定的，所以CAM植物是在不同时间进行CO2固定。
【详解】（1）图1中过程①表示二氧化碳的固定，其进行的场所是细胞的叶绿体基质，过程②表示三碳化合物的还原，此过程需要光反应提供NADPH 和 ATP。C3植物在干旱、炎热的环境中，因为植物为了防止蒸腾作用散失大量水分，所以气孔大量关闭，故而影响了二氧化碳的吸收，导致光合作用强度明显减弱。
（2）与C3植物相比，C4植物叶肉细胞中固定CO2的酶与CO2的亲和力更强，故C4可以利用低浓度的二氧化碳，使得C4植物对干旱环境的适应能力强。
（3）CAM植物在夜晚要储存二氧化碳到液泡，故pH夜晚比白天要低，CAM植物白天气孔关闭，由图可知，卡尔文循环利用的CO2来源于苹果酸分解和细胞呼吸。因为生活在干旱炎热的环境中，为应对外界环境，CAM植物白天关闭气孔可降低蒸腾作用以减少水分的散失，夜晚进行CO2的固定过程。
7．AD
【分析】光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧气的过程。光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段的特征是在光驱动下生成氧气、ATP和NADPH的过程。暗反应阶段是利用光反应生成NADPH和ATP使气体二氧化碳还原为糖。由于这阶段基本上不直接依赖于光，而只是依赖于NADPH和ATP的提供，故称为暗反应阶段。
【详解】A、在白天，叶肉细胞能进行光合作用和呼吸作用，故能产生ATP的部位是叶绿体、线粒体和细胞质基质，A错误；
B、夜晚没有光照，光反应不能进行，无法为暗反应提供ATP和NADPH，故在夜晚不能持续进行光合作用合成有机物，B正确；
C、CAM途径的出现，能够适应干旱环境，干旱条件下气温较高，气孔开放程度较低，因此白天能从外界吸收的CO2不多，C正确；
D、CAM植物在白天气孔关闭，突然降低外界CO2浓度，不会影响细胞间CO2浓度，C3的含量不会突然减少，D错误。
故选AD。
8．B
【分析】由图可知，光呼吸和光合作用的安放映都利用C5作为原料，但光合作用的暗反应阶段通过C3的还原生成糖类和C5，实现了C5的再生，而光呼吸将C5彻底氧化分解生成CO2.
【详解】A、由图可知，光呼吸吸收O2、释放CO2的场所分别是叶绿体、线粒体，A正确；
B、在光照条件下，若叶肉细胞中O2含量下降、CO2含量升高，会抑制光呼吸过程，B错误；
C、温室栽培蔬菜时可通过增施有机肥，既减少光呼吸对光合产物的损耗并增强土壤的肥力，C正确；
D、由于干旱高温时，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，导致CO2浓度降低，C5更易于与O2结合，导致光呼吸增强，D正确。
故选B。
9．D
【分析】图像反映了遮光前后植物吸收或释放CO2速率变化，在遮光后短时间内CO2释放速率明显超过细胞在同等条件下细胞呼吸作用释放CO2速率。从图形可看出当遮光一段时间后CO2释放速率达到稳定，由于遮光后植物没有光合作用只有呼吸作用，所以B值就应代表该植物呼吸作用释放二氧化碳速率，B+C是代表在遮光短时间内释放CO2速率最大值，因此C代表遮光后短时间内除呼吸作用释放二氧化碳外其他途径释放二氧化碳速率。
【详解】A、当突然遮光，光照强度降低，光反应减弱，光反应产生的NADPH和ATP减少，C3的还原减弱，C5的生成减少，而CO2的固定依旧在进行，C5的消耗暂时不变，故C5减少，A错误；
B、光照条件下，植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，因此叶绿体和线粒体都会产生ATP，B错误；
C、由于遮光后植物没有光合作用只有呼吸作用所以B值就应代表该植物呼吸作用释放二氧化碳速率，若C代表遮光后短时间内除呼吸作用释放二氧化碳外其他途径释放二氧化碳速率，降低光照强度，光合作用降低，图形A面积变小，图形B代表的是呼吸作用，其面积不会变小，C错误；
D、据题可知，该植物光呼吸速率为5-3＝2μml·m-2·s-1，该植物在光照下叶绿体固定CO2的速率为7+3+2=12μml·m-2·s-1，D正确。
故选D。
10．A
【分析】植物在光照条件下进行光合作用，光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段在叶绿体的类囊体薄膜上进行水的光解，产生ATP和NADPH，同时释放氧气，ATP和NADPH用于暗反应阶段三碳化合物的还原，细胞的呼吸作用不受光照的限制，有光无光都可以进行，为细胞的各项生命活动提供能量。
【详解】A、在夜晚，叶肉细胞只能通过细胞呼吸产生ATP，即产生ATP的细胞器是线粒体，A错误；
B、具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，夜晚气孔张开吸收二氧化碳，可以适应干旱的环境条件，B正确；
C、具有景天酸代谢途径的植物，晚上气孔开放，14CO2进入细胞后在细胞质基质中与PEP结合生成OAA，然后再转化为苹果酸而被固定。白天苹果酸运出液泡后放出14CO2，14CO2首先与五碳化合物结合生成三碳化合物，随后三碳化合物被还原生成有机物，即14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中，C正确；
D、由于该植物白天气孔关闭，所以在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，对于该叶肉细胞来说，其暗反应不受影响，即C3的含量不受影响，短时间内不变，D正确。
故选A。
11．(1) O2、C5 ACD
(2)高于
(3) 低 液泡中的苹果酸经脱羧作用释放C02
(4)空间、时间
【分析】图1是光合作用和有氧呼吸过程示意图，其中A、B、C、D分别表示光合作用的光反应阶段、光合作用暗反应阶段、有氧呼吸第一阶段、有氧呼吸二三阶段。
C4植物是在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体中进行CO2的固定的，C4植物是在不同细胞中进行CO2的固定，而CAM植物是晚上在叶肉细胞的细胞质基质进行CO2固定，白天在叶肉细胞叶绿体中进行CO2固定的，所以CAM植物是在不同时间进行CO2固定。
【详解】（1）由图1分析可知，①是水光解产生的O2，④是参与CO2固定的C5。C过程是有氧呼吸第一阶段，发生在细胞质基质中。D表示的过程是有氧呼吸二三阶段。合成ATP的过程有A光反应阶段，C有氧呼吸第一阶段和D有氧呼吸二、三阶段。
（2）PEP化酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍，结合图2推测，维管束鞘细胞中CO2浓度（消耗较慢）高于叶肉细胞中的CO2浓度。
（3）CAM植物在晚上气孔张开，吸收二氧化碳变成苹果酸，苹果酸进入液泡储存起来，白天苹果酸分解释放出二氧化碳用于卡尔文循环，因此CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白天要“低”。根据图3显示，CAM植物白天进行光合作用所需CO2的来源有液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2和细胞的呼吸作用产生。
（4）C4植物捕获和固定CO2的反应在空间上分离（在叶肉细胞和维管束鞘细胞中分别进行CO2的捕获和固定）CAM植物捕获和固定CO2的反应在时间上分离（晚上捕获，白天固定）。
12．A
【分析】根据题干信息和图形分析：在甘蔗叶肉细胞中PEP（C3）将CO2固定成C4（草酰乙酸），C4的进一步反应产物可转运到甘蔗的维管束鞘细胞中去释放出CO2，同时产生C3（丙酮酸），丙酮酸进入叶肉细胞的叶绿体进一步反应生成PEP；而释放出的CO2又可与RuBP（核酮糖二磷酸）结合进生成C3。
【详解】A、小麦体内只有一条固定 CO2的途经，即卡尔文循环；甘蔗除了具有C3途经外，还有C4途经，能有效利用较低浓度的 CO2，因此在干旱环境中，小麦叶片气孔关闭，吸收CO2较少，小麦光合作用速率比甘蔗小，A错误；
B、由图可知：甘蔗有机物的生成是在维管束鞘细胞中经过卡尔文循环合成的，而叶肉细胞只进行C4途径，不形成有机物，故甘蔗叶肉细胞不能通过卡尔文循环产生有机物，B正确；
C、甘蔗的叶肉细胞的叶绿体中基粒发达，维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒；小麦光合作用的全过程在叶肉细胞叶绿体中完成，故甘蔗、小麦光反应的场所都发生在叶肉细胞中，C正确；
D、由图可知，甘蔗暗反应过程中CO2的可以与PEP结合生成C4，也可与RUBP结合生成C3，故碳同化过程中CO2的受体是PEP和RUBP，小麦暗反应过程中 CO2的受体是RUBP，故两个过程中CO2的受体不完全相同，D正确。
故选A。
13．(1) 吸能 细胞质基质、叶绿体基质 NADPH和ATP
(2) 低浓度CO2处理后，PEPC的活性提高，改变了黑藻固定CO2的途径，有利于黑藻细胞在低浓度CO2条件下，增强固定CO2的能力，以提高光合作用强度 进化
(3)低浓度CO2处理诱导PEPC2基因表达增强，使PEPC2基因的表达相对含量增加，导致PEPC活性提高，引起固定CO2的能力增强
【分析】光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段：
1、光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生[H]与氧气，以及ATP的形成；
2、光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和[H]的作用下还原生成糖类等有机物。
【详解】（1）结合图示可知，丙酮酸转化为PEP的过程伴随着ATP的水解，故该过程属于吸能反应；黑藻细胞可以在细胞质基质中利用低浓度的CO2固定为C4，在叶绿体基质中利用高浓度的CO2与C5生成C3；C3的还原过程需要光反应产生的NADPH和ATP提供能量。
（2）研究发现黑藻经低浓度CO2处理后，PEPC与Rubisc的活性比值由0.47上升到4.17，结合题图可知，经低浓度CO2处理后，PEPC的活性提高，改变了黑藻固定CO2的途径，有利于黑藻细胞在低浓度CO2条件下增强固定CO2的能力，以提高光合作用强度；黑藻具有这种生理特性是长期进化的结果。
（3）“探究在低浓度CO2处理下黑藻固定CO2途径改变的分子机制”，分析实验结果图示可知，在低浓度CO2处理下，PEPC1基因表达的相对含量稍有下降，而PEPC2基因表达的相对含量明显增加，推测是由于低浓度CO2处理诱导PEPC2基因表达增强，使PEPC2基因的表达相对含量增加，导致PEPC活性提高，引起固定CO2的能力增强。
14．(1) 叶绿素 叶绿体基质 Rubisc酶活性、Rubisc酶含量、C5含量、pH等
(2) 偏高 叶绿体基质中剩余的C5加氧分解产生CO2
(3)光呼吸消耗ATP，有氧呼吸产生ATP
(4) 更强/更高 低(或弱)
(5) 乙醇酸转运蛋白减少，叶绿体内乙醇酸浓度高 AP途径能够更快速高效地降解乙醇酸产生CO2
【分析】据图1可知，光呼吸过程O2竞争性地结合到卡尔文循环关键酶Rubisc上，引起核酮糖-1，5二磷酸（C5）加氧分解，2-磷酸甘油酸，再转变成乙醇酸，乙醇酸被氧化，形成二氧化碳再释放出去，这是一个相当复杂的过程，这一系列反应是在三种细胞器中完成的，它们分别是叶绿体、过氧化物体以及线粒体。
【详解】（1）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，在红光照射条件下，参与途径①水光解过程的主要色素是叶绿素，Rubisc酶参与暗反应阶段（卡尔文循环），故Rubisc酶主要分布在叶绿体基质中，影响暗反应阶段（卡尔文循环）内部因素有Rubisc酶活性、Rubisc酶含量、C5含量、pH等。
（2）环境中O2与CO2含量比值会影响光呼吸过程，当环境中O2与CO2含量比值偏高时，O2竞争性地结合到卡尔文循环关键酶Rubisc上，叶片容易发生光呼吸。突然停止光照后，光反应过程停止，C3还原受阻，叶绿体基质中剩余的C5加氧分解产生CO2，叶片会出现快速释放CO2现象。
（3）光呼吸与有氧呼吸最大的区别是光呼吸需要消耗ATP，有氧呼吸能产生ATP。
（4）据图2可知，CO2的浓度较低时也能发生C4途径，故PEP羧化酶比Rubisc酶对CO2的亲和力更高，C4植物光呼吸比C3植物低。
（5）据图3可知，当胞间CO2浓度较高时，三种类型植株中，AP＋RNA干扰型光合速率最高的原因可能是乙醇酸转运蛋白减少，叶绿体内乙醇酸浓度高、AP途径能够更快速高效地降解乙醇酸产生CO2造成的，进而促进该植物光合作用过程。
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