2024年高考生物押题预测： 光呼吸（解析版）

2024年高考生物押题预测： 光呼吸
2024年2月25日，中国农科院油料所和武汉大学合作在Plant Communications在线发表了题为“Hydrogen peroxide sulfenylates and inhibits the photorespiratory enzyme PGLP1 to modulate plant thermotolerance”的文章，揭示了热胁迫下积累的H2O2通过修饰并抑制光呼吸关键酶2-磷酸乙醇酸磷酸酶1调控植物热胁迫耐受性。该研究发现光呼吸代谢关键酶PGLP1能提高植物耐热性。热胁迫会导致叶绿体H2O2积累，H2O2通过次磺酸化修饰PGLP1第86位半胱氨酸抑制其酶活，促进有毒物质2-磷酸乙醇酸的积累，进而抑制植物热胁迫耐受性。此外，在叶绿体中异位表达过氧化氢酶基因（CAT2）能显著降低高温诱导的H2O2积累和PGLP1次磺酸化修饰水平，并提高植物的热胁迫耐受性，表明叶绿体H2O2是热胁迫伤害植物的关键因子。该研究阐明了热胁迫通过叶绿体H2O2干扰光呼吸抑制植物生长的分子机制，并为农作物的抗性改良提供了一个新思路。
光呼吸的过程和意义
1.在强光和低CO2条件下，卡尔文循环中的RuBP羧化酶催化O2和C5化合物发生反应生成C3和C2，一分子C2经一系列转化最终生成CO2的过程称为光呼吸。
2.光呼吸与光合作用的关系
3.参与光呼吸的细胞器
叶绿体、过氧化物体和线粒体
4.光呼吸的过程
①叶绿体：在O2分压高、CO2分压低时，叶绿体中的酶Rubisco催化O2与核酮糖-1,5-二磷酸结合，最终形成乙醇酸，并进入过氧化物酶体。
在Rubisco催化下，2C5+2O2——→2磷酸乙醇酸+2PGA（3-磷酸甘油酸）
在磷酸酶催化下，2PGA+2H2O——→2乙醇酸+2Pi
②过氧化物酶体
在过氧化物酶体中，乙醇酸在乙醇酸氧化酶作用下，被氧化为乙醛酸和过氧化氢。
过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解，放出氧。乙醛酸在转氨酶作用下，从谷氨酸得到氨基而形成甘氨酸。
③线粒体
甘氨酸在线粒体中进一步转化，两分子甘氨酸转变为丝氨酸并释放CO2。
④ 过氧化物酶体
丝氨酸再进入过氧化物酶体，经转氨酶的催化，形成羟基丙酮酸。羟基丙酮酸在甘油酸脱氢酶作用下，还原为甘油酸。
⑤叶绿体
最后，甘油酸在叶绿体内经过甘油酸激酶的磷酸化，产生3-磷酸甘油酸（PGA),参加卡尔文循环，光呼吸结束。
5.光呼吸与细胞呼吸比较
项目 光呼吸 细胞呼吸
与光的关系 只在光下进行 光下、暗处都能够进行
反应条件 光照、高氧低CO2环境 任何环境
底物 乙醇酸和O2 通常是葡萄糖和O2
产物 CO2、NH3 CO2和水
发生部位 在叶绿体产生乙醇酸，在过氧化物 糖酵解在细胞质基质进行，三羧酸循环、
酶体内氧化，在线粒体内释放CO2 呼吸链及氧化磷酸化在线粒体进行。
6.光呼吸的意义：光呼吸是一个多功能的生理过程，它在植物的生长和适应环境中发挥着重要作用。尽管它可能会消耗一些能量，但它的积极作用远远超过了这些损失。
①维持叶片内部的CO2水平。在强光或CO2不足的条件下，光呼吸可以帮助维持叶片内部的CO2水平，避免光合机构在无CO2时被光氧化破坏。
②保护光合机构。通过消耗过剩的ATP和还原力，光呼吸有助于防止强光对光合机构的破坏，减少活性氧物质对光合膜的伤害。
③回收碳元素。通过C2碳氧化环，光呼吸可以回收乙醇酸中的碳元素，转化为对植物有益的物质，如甘氨酸和丝氨酸。
④维持C3途径的运转。光呼吸释放的CO2可以被C3途径再利用，有助于维持光合碳还原循环的运转。
⑤消除有毒物质的积累。如乙醇酸的积累。
【命题情境】
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。它是光合作用一个损耗能量的副反应。绿色植物在照光条件下的呼吸作用。特点是呼吸基质在被分解转化过程中虽也放出CO2，但不能转换成能量ATP，而使光合产物被白白地耗费掉。在黑暗条件下，呼吸过程能不断转换形成ATP，并把自由能释放出来，以供根系的吸收功能、有机物质的合成与运转功能以及各种物质代谢反应等等功能的需要，从而促进生命活动的顺利进行。所以光呼吸越强，光合生产率相对就低。根据大气氧浓度21%时的测定，茶树叶片的光呼吸强度为1.6±0.1mgCO2/dm2/h，比一般植物高。
光呼吸的底物是乙醇酸。当植物进行光合作用时，大气中的CO2尚未形成糖类等有机物之前，由于光呼吸又重新释放出来。已经发现，光呼吸放出的CO2比呼吸作用大三到四倍，占光合作用同化CO2量的1/3以上。因此，抑制光呼吸，植物光合作用的强度就能大大提高，干物质积累就会增加，产量就能进一步提高。
【命题要领】
①结合光呼吸的过程图解考查读图和信息提取的科学素养；
②与呼吸作用比较，考查光呼吸和呼吸作用的区别和联系；
③结合光合作用的过程，从生物适应性的角度考查光呼吸的意义。
预测1.光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和O2/CO2值异常时发生的一种生理过程（图甲所示），该过程是细胞在Rubisco酶的催化下，消耗O2，生成CO2，借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成的消耗能量的反应。请回答下列问题。
(1)Rubisco酶既能催化C5和CO2反应，又能催化C5和O2反应，可以推测O2/CO2值 （“偏高”或“偏低”）时有利于光呼吸而不利于光合作用。
(2)在高温、干旱和强光照条件下，植物的蒸腾作用很强，叶片气孔大量关闭， 的供应量减少，植物可通过光呼吸为光合作用提供的物质为 。
(3)据图可知，光呼吸和光合作用都能利用的物质是 ，光合作用利用该物质的场所 ，光呼吸中生成CO2的场所 。
(4)与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”，从反应条件来讲光呼吸与暗呼吸的不同是 。
II．科学家测定不同温度下某植物对CO2的吸收速度如图乙所示。
(5)据图可知，导致A、B两点植物CO2吸收速度相等的外界因素是 。A点的总光合作用速率 （“>”“<”或“=”）B点的总光合作用速率。
(6)在15℃，lklx条件下，植物5小时吸收CO2 mol。
【答案】(1)偏高 (2)CO2 CO2和C3 (3)C5 叶绿体基质 线粒体（或线粒体基质）
(4)光呼吸需要光，而暗呼吸有光或无光均可 (5)温度和光照强度 ＜ (6)0.1
【解析】（1）分析图甲可知，C5和CO2反应，有利于启动暗反应过程，而C5和O2反应，有利于进行光呼
吸。据此可推测O2/CO2值偏高时有利于光呼吸而不利于光合作用。
（2）绿叶通过气孔从外界吸收CO2，当植物的蒸腾作用很强，叶片气孔大量关闭时，会导致CO2的供应量减少。图甲显示，植物可通过光呼吸为光合作用提供CO2和C3。
（3）据图甲可知，光呼吸和光合作用都能利用C5。在光合作用的暗反应阶段，C5和CO2反应生成C3，其场所是叶绿体基质；光呼吸中生成CO2的场所是线粒体（或线粒体基质）。
（4）依题意，从反应条件来讲，光呼吸需要光，而暗呼吸有光或无光均可。
（5）图乙显示，A、B两点所对应的温度和光照强度均不同，但所对应的纵坐标数值却相同，因此A、B两点植物CO2吸收速度相等，是外界因素温度和光照强度综合作用的结果。图乙的纵坐标表示的是净光合作用速率，当光照强度为0时的纵坐标数值表示呼吸作用速率，总光合作用速率＝净光合作用速率＋呼吸作用速率。A点的总光合作用速率＝0.02＋0.01＝0.03moL/h，B点的总光合作用速率＝0.02＋0.02＝0.04 moL/h，由此可见A点的总光合作用速率小于B点的总光合作用速率。
（6）图乙显示，在15℃，lklx条件下，植物1小时吸收CO2量为0.02mol，所以植物5小时吸收CO2＝0.02×5＝0.1mol。
二、光呼吸的机制研究
①在过氧化物酶体中，乙醇酸在乙醇酸氧化酶作用下，被氧化为乙醛酸和过氧化氢；
②在植物细胞内Ca2+可作为信号分子，介导细胞做出反应。
【命题情境】
C3植物中约70%的H2O2来源于光呼吸途径中乙醇酸氧化酶(GLO)的催化反应，团队的前期研究发现GLO与CAT（过氧化氢酶）存在互作且其互作/解离具有可逆性；在响应外部刺激时，GLO-CAT复合体可在不同状态间瞬时转换，进而通过改变二者间的物理距离调节CAT对H2O2的清除效率，最终诱发产生光
呼吸H2O2信号波。这一物理开关的揭示增添了一种新的H2O2信号发生机制（图1）。
图1 GLO-CAT分子开关调控H2O2信号波动产生 (Plant J, 2022)
【命题要领】
①生物体的性状由基因和环境共同决定；
②Ca2+和H2O2可以作为信号分子调节细胞代谢。
预测2.科学研究表明，CAC2基因编码的生物素羧化酶参与叶绿体膜的重要成分——脂肪酸合成过程。科学家筛选出在大气条件下生长矮小、叶片黄化的光呼吸表型突变体——cac2突变体应用于植物生产。回答下列问题：
(1)cac2突变体中，叶绿体中叶绿素与类胡萝卜素的比例 ，导致叶片黄化，光反应合成的 减少，从而导致暗反应减弱，有机物合成量少，生长矮小。
(2)从结构与功能相适应的角度，推测cac2突变体表现光合作用强度偏低的原因是 。
(3)研究发现，cac2突变体在高浓度CO2条件下形态缺陷和生理指标基本得到恢复。可得出基因与性状的关系是 。
(4)研究发现，植物MAPK2信号途径参与了植物光合作用与产量调控过程。GLO1基因表达光呼吸关键酶——乙醇酸氧化酶。GLO1基因与MAPK2基因存在互作，具体过程如图。

①MAPK2基因可特异性双正向调控植株光呼吸代谢的机理是 。
②过高的光呼吸强度会影响植物产量，请从基因水平上提出一点增产的建议 。
【答案】(1)减小/变小 ATP和NADPH
(2)CAC2突变体不能编码生物素羧化酶，无法参与叶绿体脂肪酸合成，由于脂肪酸是叶绿体膜的重要成分，引起叶绿体膜的形态和功能异常，使得光合作用强度偏低。
(3)生物体的性状由基因与环境共同决定。
(4)MAPK2一方面提高（光呼吸关键酶）乙醇酸氧化酶活性，另一方面促进GLO1基因的表达。 敲除MAPK2基因
【解析】（1）CAC2基因编码的生物素羧化酶参与叶绿体膜的重要成分——脂肪酸合成过程，cac2突变体的叶绿体膜的形成缺乏原料，叶绿素分布于叶绿体的类囊体薄膜上，则cac2突变体的叶绿体中的叶绿素减少，叶绿素与类胡萝卜素的比例减小，导致叶片黄化，光反应合成的ATP和NADPH减少，从而导致暗反应减弱，有机物合成量少，生长矮小。
（2）从结构与功能相适应的角度分析，CAC2突变体不能编码生物素羧化酶，无法参与叶绿体脂肪酸合成，由于脂肪酸是叶绿体膜的重要成分，引起叶绿体膜的形态和功能异常，使得光合作用强度偏低。
（3）研究发现，cac2突变体在高浓度CO2条件下形态缺陷和生理指标基本得到恢复，这说明生物体的性状由基因与环境共同决定。
（4）①如图可知，MAPK2一方面提高（光呼吸关键酶）乙醇酸氧化酶活性，另一方面促进GLO1基因的表达，可提高光呼吸速率。
②MAPK2基因的表达可提高光呼吸速率，过高的光呼吸强度会影响植物产量，通过敲除MAPK2基因可降低光呼吸速率，增加植物产量。
1.如图a是水稻的光合作用暗反应及相关过程示意图。卡尔文循环的Rubisco酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应，此代谢过程消耗ATP和NADPH）。该酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。据图回答下列问题：
(1)图a中，叶肉细胞卡尔文循环中第一个光合还原产物是 （填具体名称），该产物进一步的转化过程需要消耗 。
(2)已知ATP和NADPH的积累会对叶绿体造成伤害，据图b分析，在干旱、高光照强度环境，水稻光呼吸的积极意义是 。
(3)某研究团队将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是 （答出2点即可）。
(4)科学家预测，大气CO2浓度提高会引起温度不断升高，带来的负面作用会抵消CO2升高对产量的提高。请根据所学知识解释这个预测的理由 。
【答案】(1)3-磷酸甘油酸 ATP和NADPH (2)干旱高光照强度下，植物光反应产生ATP和NADPH较多，光呼吸可以消耗多余的ATP和NADPH， 对细胞起保护作用（光呼吸可以消耗掉多余的ATP和NADPH）
(3)Rubisco等酶的活性达到最大，对 CO2的利用率不再提高，受到 ATP和 NADPH 等物质含量的限制，原核生物和真核生物光合作用机制有所不同等 (4)气温上升导致Rubisco酶活性下降，催化 CO2固定速率下降，导致暗反应速率降低（或气温上升， 蒸腾作用剧烈，导致气孔关闭，大气CO2浓度虽然升高，但胞间CO2浓度降低，导致暗反应速率降低）。
【解析】（1）由图a可知，叶肉细胞卡尔文循环中，二氧化碳固定的产物是3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸被ATP、NADPH还原为3-磷酸甘油醛，故叶肉细胞卡尔文循环中第一个光合还原产物是3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸进一步的转化过程需要消耗ATP、NADPH。
（2）光呼吸是指绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应，此代谢过程消耗ATP和NADPH。由图b可知，在干旱、高光照强度环境，植物光反应产生ATP和NADPH较多，光呼吸可以消耗多余的ATP和
NADPH， 从而对细胞起保护作用。
（3）在光饱和条件下，水稻细胞中Rubisco等酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，受到 ATP和 NADPH 等物质含量的限制，原核生物和真核生物光合作用机制有所不同等，这些因素都有可能导致水稻的光合作用强度无明显变化。
（4）大气CO2浓度提高会引起温度不断升高，气温上升导致Rubisco酶活性下降，催化 CO2固定速率下降，导致暗反应速率降低，且气温上升， 蒸腾作用剧烈，导致气孔关闭，大气CO2浓度虽然升高，但胞间CO2浓度降低，导致暗反应速率降低，因此CO2升高，可能不会导致农作物的产量提高。
2．（2024·湖南·三模，17）光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和高O 低CO 情况下发生的生理过程，RuBP（C3）既可与CO 结合，经酶催化生成PGA（C3）进行光合作用；又可与在此酶催化下生成1分子PGA和1分子PG（C ），进行光呼吸（如图）。回答下列问题：
(1)Rubisco酶分布在 （具体场所），它催化CO 与C5反应生成C 的过程称为 。
(2)据图分析，参与光呼吸的细胞器有 （答3点），细胞中CO 浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是 。作物通过光呼吸能增强对强光环境的适应，其生理意义是 。
(3)光照过强可使植物光反应阶段的关键蛋白D 受损，出现光抑制现象，导致其光合作用效率大幅降低。研究表明，Ca +能够缓解因光照过强引起的D 蛋白含量下降。以天竺葵为实验材料，设计实验验证该结论，简要写出实验思路： 。
【答案】(1)叶绿体基质 CO2的固定
(2)叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 高浓度CO2可减少Rubisco酶与O2结合，减少光呼吸；高浓度CO2可提高光合作用（暗反应）速率 强光照射下，通过光呼吸能补充气孔关闭造成的CO2不足
(3)将生长状况相同的天竺葵随机均分成三组，分别在过强光照、过强光照加Ca2+处理和适宜光照三种条件下培养，其他条件相同且适宜，培养一段时间后，检测各组D1蛋白含量
【解析】（1）Rubisco酶催化暗反应中CO2的固定过程，CO2与C5反应生成C3的过程称为CO2的固定，发生在叶绿体基质中。
（2）据图分析可知，光呼吸的完成需要叶绿体、过氧化物酶体、线粒体等细胞器参与。光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和高O2低CO2情况下发生的生理过程，Rubisco酶是一种双功能酶，即可与CO2结合发生CO2的固定，又可与O2结合发生光反应。高浓度CO2可减少Rubisco酶与O2结合，减少光呼吸；还可促进Rubisco酶与CO2结合，提高光合作用（暗反应）速率。光呼吸能产生CO2，作物通过光呼吸能增强对强光环境的适应，是因为强光照射下，通过光呼吸能补充气孔关闭造成的CO2不足。
（3）根据实验结论“Ca2+能够缓解因光照过强引起的D1蛋白含量下降”分析，实验的自变量有是否有Ca2+以及光照强度的强弱，因变量是D1蛋白的含量。因此实验思路为将生长状况相同的天竺葵随机均分成三组，分别在过强光照、过强光照加Ca2+处理和适宜光照三种条件下培养，其他条件相同且适宜，培养一段时间后，检测各组D1蛋白含量。
3.（2024·广东深圳二模，17）植物消耗氧气，将RuBP（C5）转化成二氧化碳的过程称作光呼吸。RuBP羧化酶/氧化酶（Rubisco）不仅能催化CO2与RuBP进行羧化反应，还能催化氧气与RuBP的氧化反应，相关过程如下图所示。回答下列问题。
(1)Rubisco催化RuBP的羧化反应发生在真核细胞的 （具体部位），这一过程称作 ，反应形成的产物被 还原为糖类。
(2)当CO2/O2比值 （填“较高”或“较低”）时，更有利于植物进行羧化反应。对农作物的研究表明甲醇可以抑制光呼吸，已知植物细胞的光呼吸与乙醇酸氧化酶活性呈正相关，结合题干信息推测甲醇抑制光呼吸的机制是 。
(3)在小麦、水稻等C3作物中，光呼吸导致光合作用的转化效率降低20%-50%，根据Rubisco的特性，改良
作物的措施有 （答出2点）。
【答案】(1)叶绿体基质 CO2的固定 NADPH（还原型辅酶II）
(2)较高 甲醇通过抑制乙醇酸氧化酶的活性来抑制光呼吸
(3)改造Rubisco酶，使其具有更高的CO2亲合力和催化效率；改进或者增加植物浓缩CO2机制，提升Rubisco附近的CO2浓度
【解析】（1）RuBP羧化酶能催化CO2与RuBP进行羧化反应，CO2与RuBP反应过程被称为CO2的固定，发生在叶绿体基质中，CO2与RuBP反应的产物（C3）接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原，转化为糖类。
（2）当CO2的含量较高时，CO2更容易与RuBP进行羧化反应，故当CO2/O2比值较高时，更有利于植物进行羧化反应。甲醇可以抑制光呼吸，且植物细胞的光呼吸与乙醇酸氧化酶活性呈正相关，故可推测甲醇通过抑制乙醇酸氧化酶的活性来抑制光呼吸。
（3）为了降低植物的光呼吸作用，可以改造Rubisco酶，使其具有更高的CO2亲合力和催化效率；改进或者增加植物浓缩CO2机制，提升Rubisco附近的CO2浓度。
4.（2024高三·贵州·1月阶段练习）许多环境因素能影响光合作用强度，从而直接影响农作物产量。如图（图中Lx为光照强度的单位）是研究光照强度和CO2浓度对某农作物光合作用速率影响的实验结果。据图分析并回答下列问题：

(1)在一定范围内，随CO2浓度增加，农作物光合作用速率随之增加，原因是 。
(2)据图分析，MN段和BD段限制光合作用的主要环境因素分别是 和 。在CO2浓度保持不变的情况下，若将图中B点时的光照强度突然增大至800Lx，则短时间内植物叶肉细胞中的C3含量将减少，原因是 。
(3)光照过强时，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致光反应相关结构被破坏，同
时，叶绿体内NADPH/NADP+的值过高会导致更多的自由基生成，这些自由基会进一步破坏叶绿体的生物膜结构，导致光合作用强度下降，出现光抑制现象。研究发现，光呼吸（光呼吸是指绿色植物进行光合作用的细胞在光照条件下消耗ATP、产生CO2的反应，该过程中，C5与O2结合，经过一系列过程生成C3释放CO2）对细胞有着重要的保护作用，试简要阐述光呼吸在光照过强时对植物的保护机制： （答出2点）。
【答案】(1)CO2是光合作用的原料，参与暗反应阶段，在一定范围内CO2浓度增加，暗反应速率增加，光反应速率也增加，故农作物光合速率增加
(2)CO2浓度 光照强度 光照强度突然增强，使光合作用光反应产生了更多的ATP和NADPH，从而促进C3的还原速率加快，但短时间内C5固定CO2形成C3的速率不变，导致C3的含量在短时内下降
(3)光呼吸一方面消耗ATP等光反应产物，使植物可进一步利用光能，减少过剩光能引起的光反应结构损伤；另一方面释放CO2，加快暗反应消耗NADPH，降低NADPH/NADP+的值，减少自由基生成
【解析】（1）CO2参与光合作用暗反应阶段，在光照充足下，一定范围内CO2增加，其单位时间内与C5结合形成的C3也会增加，光反应速率也增加，故光合速率增加。
（2）图中MN段曲线处于上升阶段，此时限制光合作用的环境因素是自变量CO2浓度，BD段已经达到CO2饱和点，此时影响光合作用的主要限制因子是光照强度。在CO2浓度保持不变的情况下，若将图中B点时的光照强度突然增大至800Lx，则短时间内植物叶肉细胞中的C3含量将减少，造成这种变化的原因是光照强度突然增强，使光合作用光反应产生了更多的ATP和NADPH，从而促进C3的还原速率加快，但短时间内C5固定CO2形成C3的速率不变，导致C3的含量在短时内下降。
（3）光呼吸一方面消耗ATP等光反应产物，使植物可进一步利用光能，减少过剩光能引起的光反应结构损伤：另一方面，光呼吸释放CO2，加快暗反应消耗NADPH，降低NADPH/NADP+的值，减少自由基生成，进而减弱自由基对叶绿体的生物膜结构的破坏。
5．景天科植物生长环境恶劣，白天气温高，阳光充足；夜晚气温低，整体环境干燥。如图为景天科植物细胞内发生的部分细胞代谢过程示意图。回答下列问题：
(1)在景天科植物的光合作用过程中， 可以作为临时储存CO2的载体物质。景天科植物的气孔通常在白天关闭，而在夜晚打开吸收CO2，这一特性带来的优势是 。
(2)某研究小组为了探究温度对某一非景天科绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，测定了不同条件下CO2吸收速率与释放速率，结果如下表所示。
温度/℃ 5 10 15 20 25 30
光照下CO2吸收速率/（mg·h-1） 1 1.5 2.9 3.5 3.1 3
黑暗下CO2释放速率/（mg·h-1） 0.6 0.9 1.1 2 3.3 3.9
①假设环境温度稳定为20℃，该绿色植物在密闭装置内光照16h的情况下，一昼夜后装置内CO2减少量为 。
②科研人员发现，在光照条件下，叶肉细胞中还会进行光呼吸，即O2与CO2竞争性结合RuBP（C5），O2与RuBP在Rubisco酶催化作用下经一系列反应释放CO2的过程，该过程会消耗ATP和NADPH，因此提高农作物的产量需要降低光呼吸。有人认为，增施有机肥可以降低光呼吸，理由是 。从反应条件和能量变化来看，光呼吸与有氧呼吸的区别在于 。
【答案】(1) 苹果酸 减少因蒸腾作用散失水分，又不影响光合作用的进行
(2) 40mg 有机肥被微生物分解后，使CO2浓度升高，促进Rubisco催化C5与CO2反应，从而降低光呼吸 光呼吸过程需要在光照条件下进行，且该过程消耗能量；而有氧呼吸在有光或无光条件下都能进行，且有氧呼吸过程释放能量
【分析】1、光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段。
2、同位素标记法可用于追踪元素转移路径。
3、总光合作用强度=呼吸作用强度+净光合作用强度。
【详解】（1）由图可知，CO2可由苹果酸转化而来，在景天科植物的光合作用过程中，苹果酸可以作为临时储存CO2的载体物质。景天科植物的气孔通常在白天关闭，而在夜晚打开吸收CO2，白天关闭气孔可减少水分散失，夜间吸收CO2并储存在苹果酸中，能保证白天光合作用对CO2的需求，这一特性带来的优势是植株能在干旱环境下正常生长。
（2）①由表可知，温度为 20℃时，净光合速率为3.5mg·h，呼吸速率为2mg·h，该绿色植物在密闭装置内光照 16 h的情况下，一昼夜后装置内CO2减少量为16×3.5-8×2=40mg。
②增施有机肥，微生物分解有机肥可为植物提供更多的CO2，，使CO2浓度升高，促进Rubisco催化C5与CO2反应，从而降低光呼吸。从反应条件和能量变化来看，光呼吸与有氧呼吸的区别在于：光呼吸在光照条件下进行，而有氧呼吸则不需要光照；光呼吸实际上是一个消耗ATP的过程，而有氧呼吸则是一个产生ATP的过程。
6．研究发现，光照条件下植物叶肉细胞会进行光呼吸。光呼吸是由于O2竞争性地结合卡尔文循环关键酶Rubisco造成的。该酶既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反应，产物经一系列变化后在线粒体中生成CO2。下图表示有关代谢过程，请据图回答：
(1)绿色植物细胞中能够产生CO2的场所是 。从反应条件和能量变化看，光呼吸与有氧呼吸的区别是 。
(2)Rubisco是一个双功能酶， 专一性（填“具有”或“不具有”）。其催化方向取决于CO2和O2的相对浓度，在较高CO2浓度环境中，Rubisco催化的反应产物主要是 。
(3)若要利用提取的Rubisco模拟光合作用暗反应过程，构建反应体系时需加入供能物质 。已知光照强度增大会导致光呼吸速率增强，原因可能是 。
(4)过强的光照会导致光合作用光反应产物过剩，对细胞造成伤害，分析上图推测光呼吸存在的生理意义是 。
【答案】(1) 细胞质基质和线粒体 光呼吸过程需要在光照条件下进行，且该过程消耗ATP；而有氧呼吸在有光或无光条件下都能进行，且有氧呼吸过程释放ATP
(2) 具有 C3
(3) ATP和NADPH 光照强度增大，光合作用速率大于呼吸作用速率，消耗更多CO2产生更多O2，CO2/O2的比值减小，从而使Rubisco催化RuBP与O2反应加快
(4)光呼吸消耗掉过剩的ATP和NADPH，减少对细胞结构的损伤，是一种保护机制
【分析】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。它是光合作用一个损耗能量的副反应。近年来的研究结果表明，光呼吸是在长期进化过程中，为了适应环境变化，提高抗逆性而形成的一条代谢途径，具有重要的生理意义。
【详解】（1）绿色植物细胞可以进行有氧呼吸和无氧呼吸（乙醇发酵），有氧呼吸产生CO2的场所是线粒体基质，乙醇发酵产生CO2的场所是细胞质基质，故绿色植物细胞中能够产生CO2的场所是细胞质基质和线粒体基质；光呼吸过程需要在光照条件下进行，且该过程消耗ATP；而有氧呼吸在有光或无光条件下都能进行，且有氧呼吸过程释放ATP。
（2）酶的专一性指每一种酶只能催化一种或一类化学反应。Rubisco既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反应，但仍具有专一性。氧气和CO2竞争性的与Rubisco酶结合，因此在较高CO2浓度环境中，Rubisco所催化的反应产物主要是C3。
（3）ATP和NADPH用于暗反应三碳化合物的还原，故利用提取的Rubisco模拟光合作用暗反应过程，构建反应体系时需加入的供能物质是ATP和NADPH。当环境中CO2与O2含量比值偏低时，叶片容易发生光呼吸，光照强度增大，光合作用速率大于呼吸作用速率，消耗更多CO2产生更多O2，CO2/O2的比值减小，从而使Rubisco催化RuBP与O2反应加快，因此光呼吸增加。
（4）分析题意并结合题图可知，光呼吸消耗掉过剩的ATP和NADPH，减少对细胞结构的损伤，是一种保护机制。
7．水稻植株中卡尔文循环的Rubisco酶对的Km为（Km越小，酶对底物的亲和力越大），该酶既可催化与反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗并释放的反应）。回答下列问题：
(1)当环境中浓度增加，短时间内， ，ATP ，NADPH 。（均填“增加”“减少”或 “不变”）
(2)水稻植株中Rubisco发挥作用的场所是 ，玉米植株中的PEPC发挥作用的场所是 （均需答出细胞名称及具体位置）
(3)在夏季晴朗的白天，玉米的光合作用在中午不会出现为保存水分而关闭气孔的午休现象，由此推测PEPC对的Km （填“高于”或“低于”），光合作用过程中先后被 固定，在相同的低浓度下，水稻和玉米的光合速率较大的是 。
(4)光呼吸会降低农作物产量，但是该过程却在长期进化过程中被植物保留下来，研究发现强光下形成的NADPH和ATP超过了卡尔文循环的利用能力时，NADPH和ATP会对叶绿体造成损伤从而产生光抑制。试回答在高温强光下光呼吸存在的意义可能是 （答出两点）。
【答案】(1) 增加 减少 减少
(2) 叶肉细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的细胞质基质
(3) 低于 PEPC、（ 玉米
(4)在高温下气孔关闭，胞间浓度很低，光呼吸释放的可以为光合作用暗反应提供原料；光呼吸可以消耗光反应产生的过多的ATP和NADPH，减少对叶绿体的损伤（共2分，答出一点得1分）
【分析】1、光合作用中CO2的固定途径。C3植物CO2的固定是RuBP与CO2结合形成C3，不需要能量仅需酶，与暗反应中CO2的还原发生在同一细胞的同一叶绿体内；C4植物的CO2的第一次固定需要消耗能量，第一次固定与还原不在同一细胞内完成。
【详解】（1）当环境中CO2浓度增加，短时间内合成的C3原料增加，C3的合成速率加快，但是光照强度没变，C3被还原的速率不变，因此C3含量增加；ATP和NADPH的来源与光照强度有关，光强未变，ATP和NADPH的合成速率不变，但是由于CO2增加，C3含量短时间内增加，ATP和NADPH的消耗速率增加，因此ATP和NADPH的含量减少。
（2）Rubisco是水稻植株进行光合作用暗反应中固定CO2的酶，因此发挥作用的场所在叶肉细胞的叶绿体基质，而玉米植株中的PEPC是在叶肉细胞中固定浓缩CO2的酶，CO2浓缩成的C4通过胞间连丝运到维管束鞘细胞，释放出CO2和C3，CO2进入维管束鞘细胞的叶绿体基质参与暗反应，C3重新进入叶肉细胞叶绿体基质，转化成PEP，再运出叶绿体基质参与CO2的浓缩和固定，因此玉米植株中PEPC发挥作用的场所是叶肉细胞的细胞质基质。
（3）在夏季晴朗的白天，部分气孔关闭，植株吸收的CO2减少，所以有些植物（如水稻）的光合速率会下
降，称为“光合午休”。但是玉米不出现午休现象，说明玉米中固定CO2的酶（PEPC）对CO2的亲和力比水稻的强，水稻固定CO2的酶的Km是450μmol L 1，推测PEPC对CO2的Km低于450μmol L 1。玉米光合作用过程中CO2先被叶肉细胞的PEPC固定，后被维管束鞘细胞的叶绿体基质中的RuBP固定。因此在相同的低CO2浓度下，没有光合午休现象的玉米光合速率更大。
（4）在高温下气孔关闭，胞间CO2浓度很低，光呼吸释放的CO2可以为光合作用暗反应提供原料；由于强光下形成的NADPH和ATP过剩时，会对叶绿体造成损伤，光呼吸可以消耗光反应产生的过多ATP和NADPH，减少对叶绿体的损伤，减弱光抑制。
8．光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和高O 低CO 情况下发生的生理过程，RuBP（C3）既可与CO 结合，经酶催化生成PGA（C3）进行光合作用；又可与在此酶催化下生成1分子PGA和1分子PG（C ），进行光呼吸（如图）。回答下列问题：
(1)Rubisco酶分布在 （具体场所），它催化CO 与C5反应生成C 的过程称为 。
(2)据图分析，参与光呼吸的细胞器有 （答3点），细胞中CO 浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是 。作物通过光呼吸能增强对强光环境的适应，其生理意义是 。
(3)光照过强可使植物光反应阶段的关键蛋白D 受损，出现光抑制现象，导致其光合作用效率大幅降低。研究表明，Ca +能够缓解因光照过强引起的D 蛋白含量下降。以天竺葵为实验材料，设计实验验证该结论，简要写出实验思路： 。
【答案】(1) 叶绿体基质 CO2的固定
(2) 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 高浓度CO2可减少Rubisco酶与O2结合，减少光呼吸；高浓度CO2可提高光合作用（暗反应）速率 强光照射下，通过光呼吸能补充气孔关闭造成的CO2不足
(3)将生长状况相同的天竺葵随机均分成三组，分别在过强光照、过强光照加Ca2+处理和适宜光照三种条件
下培养，其他条件相同且适宜，培养一段时间后，检测各组D1蛋白含量
【分析】光呼吸和暗反应中CO2的固定都利用了Rubisco酶，在其作用下，光呼吸过程中RUBP与O2反应，生产1分子的C3酸和1分子的乙醇酸，光合作用中RUBP和CO2反应，生成2分子的C3酸。
【详解】（1）Rubisco酶催化暗反应中CO2的固定过程，CO2与C5反应生成C3的过程称为CO2的固定，发生在叶绿体基质中。
（2）据图分析可知，光呼吸的完成需要叶绿体、过氧化物酶体、线粒体等细胞器参与。光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和高O2低CO2情况下发生的生理过程，Rubisco酶是一种双功能酶，即可与CO2结合发生CO2的固定，又可与O2结合发生光反应。高浓度CO2可减少Rubisco酶与O2结合，减少光呼吸；还可促进Rubisco酶与CO2结合，提高光合作用（暗反应）速率。光呼吸能产生CO2，作物通过光呼吸能增强对强光环境的适应，是因为强光照射下，通过光呼吸能补充气孔关闭造成的CO2不足。
（3）根据实验结论“Ca2+能够缓解因光照过强引起的D1蛋白含量下降”分析，实验的自变量有是否有Ca2+以及光照强度的强弱，因变量是D1蛋白的含量。因此实验思路为将生长状况相同的天竺葵随机均分成三组，分别在过强光照、过强光照加Ca2+处理和适宜光照三种条件下培养，其他条件相同且适宜，培养一段时间后，检测各组D1蛋白含量。
9．为获得优质的水稻品种，科学家开展了多项研究。分析回答下列问题：
(1)水稻在叶绿体中可将还原成有机物，此过程需要光反应提供 ，发生的能量转换是 。科研人员将水稻植株置于透明且密闭的容器内，给予适宜强度的光照，并通入一定比例的和，结果在光合作用产生的有机物中检测到了，则依次参与了 （填生理作用）。
(2)为研究水稻对弱光和强光的适应性，科研人员对水稻叶片照光后，通过观察发现强光照射的细胞中叶绿体集中分布在细胞的背光面，其生理意义是
(3)在强光条件下，叶片的气孔关闭使吸收受阻，此时浓度过高的会在酶的作用下氧化，生成，被称为光呼吸。其过程如图所示：

已知酶具有双重催化功能，既可催化与结合，生成；又能催化与结合，生成和乙醇酸
。实际生产中，可以通过适当升高浓度达到增产的目的，请从光合作用过程和酶的作用特点两个方面解释其原理： 。
【答案】(1) ATP和NADPH ATP和NADPH中活跃化学能转化为有机物中稳定的化学能 18O2→H182O→C18O2→C3→（CH182O）
(2)避免强光损伤，以适应强光环境
(3)二氧化碳是光合作用暗反应过程的原料，CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度；同时还可促进R酶催化更多的C5与CO2结合，减少C5与O2的结合，从而降低光呼吸
【分析】光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应。根据是否需要光能，这些化学反应可以分为光反应和暗反应两个阶段。光反应阶段必须有光才能进行，这个阶段是在类囊体的薄膜上进行的，叶绿体中光合色素吸收的光能有两方面用途：一是将水分解为氧和H+，氧直接以氧分子的形式释放出去，H+与NADP+结合生成NADPH，NADPH作为活泼还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP，这样光能转化为储存在ATP中的化学能。暗反应阶段有光无光都能进行，这一阶段是在叶绿体的基质中进行的，CO2被利用，经过一系列反应后生成糖类。
【详解】（1）在光反应阶段，叶绿体能将吸收的光能转变为ATP和NADPH中活跃化学能储存起来，在暗反应阶段，水稻在叶绿体中可将 C3 还原成有机物，此过程需要光反应提供的ATP和NADPH，该过程中发生的能量转换是将ATP和NADPH中活跃化学能转化为有机物中稳定的化学能。当通入一定量的18O2时，首先氧气中的氧元素会进入线粒体中参与有氧呼吸的第三阶段，转移至H 182O中；产生的H182O会参与有氧呼吸的第二阶段，与丙酮酸结合后可转移至C18O2中；从线粒体中释放出的C18O2会进入叶绿体中参与光合作用的暗反应阶段，生成糖类（CH182O），故该过程中氧元素的转移途径为：18O2→H182O→C18O2→C3→（CH182O）。
（2）对水稻叶片照光1h后，给予强光照射的叶绿体集中分布在细胞的背光面，生理意义是避免强光损伤，以适应强光环境。
（3）二氧化碳是光合作用暗反应过程的原料，CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度；同时还可促进R酶催化更多的C5与CO2结合，减少C5与O2的结合，从而降低光呼吸，故生产实际中，可以通过适当升高CO2浓度达到增产的目的。
10．如图a是水稻的光合作用暗反应及相关过程示意图。卡尔文循环的Rubisco酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应，此代谢过程消耗ATP和NADPH）。该酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。据图回答下列问
题：
(1)图a中，叶肉细胞卡尔文循环中第一个光合还原产物是 （填具体名称），该产物进一步的转化过程需要消耗 。
(2)已知ATP和NADPH的积累会对叶绿体造成伤害，据图b分析，在干旱、高光照强度环境，水稻光呼吸的积极意义是 。
(3)某研究团队将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是 （答出2点即可）。
(4)科学家预测，大气CO2浓度提高会引起温度不断升高，带来的负面作用会抵消CO2升高对产量的提高。请根据所学知识解释这个预测的理由 。
【答案】(1) 3-磷酸甘油酸 ATP和NADPH
(2)干旱高光照强度下，植物光反应产生ATP和NADPH较多，光呼吸可以消耗多余的ATP和NADPH， 对细胞起保护作用（光呼吸可以消耗掉多余的ATP和NADPH）
(3)Rubisco等酶的活性达到最大，对 CO2的利用率不再提高，受到 ATP和 NADPH 等物质含量的限制，原核生物和真核生物光合作用机制有所不同等
(4)气温上升导致Rubisco酶活性下降，催化 CO2固定速率下降，导致暗反应速率降低（或气温上升， 蒸腾作用剧烈，导致气孔关闭，大气CO2浓度虽然升高，但胞间CO2浓度降低，导致暗反应速率降低）。
【分析】光合作用包括光反应和暗反应阶段：
1、光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。叶绿体中光合色素吸收的光能将水分解为氧和H+，氧直接以氧分子的形式释放出去，H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结合，形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）。还原型辅酶Ⅱ作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP。
2、暗反应在叶绿体基质中进行，在特定酶的作用下，二氧化碳与五碳化合物结合，形成两个三碳化合物。在有关酶的催化作用下，三碳化合物接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。一些接受能量并被还原的三碳化合物，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的三碳化合物，经过一系列变化，又形成五碳化合物。
【详解】（1）由图a可知，叶肉细胞卡尔文循环中，二氧化碳固定的产物是3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸被ATP、NADPH还原为3-磷酸甘油醛，故叶肉细胞卡尔文循环中第一个光合还原产物是3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸进一步的转化过程需要消耗ATP、NADPH。
（2）光呼吸是指绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应，此代谢过程消耗ATP和NADPH。由图b可知，在干旱、高光照强度环境，植物光反应产生ATP和NADPH较多，光呼吸可以消耗多余的ATP和NADPH， 从而对细胞起保护作用。
（3）在光饱和条件下，水稻细胞中Rubisco等酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，受到 ATP和 NADPH 等物质含量的限制，原核生物和真核生物光合作用机制有所不同等，这些因素都有可能导致水稻的光合作用强度无明显变化。
（4）大气CO2浓度提高会引起温度不断升高，气温上升导致Rubisco酶活性下降，催化 CO2固定速率下降，导致暗反应速率降低，且气温上升， 蒸腾作用剧烈，导致气孔关闭，大气CO2浓度虽然升高，但胞间CO2浓度降低，导致暗反应速率降低，因此CO2升高，可能不会导致农作物的产量提高。
11．材料一：玉米、高粱等植物在长期进化过程中形成如下图所示的生理机制。由于存在C 途径，这类植物被称为C 植物。水稻等植物不存在C 途径，仅通过叶肉细胞中的C 途径固定CO2，这类植物被称为C 植物。C 植物能利用叶肉细胞间隙中浓度极低的CO2维管束鞘细胞中 CO2浓度比叶肉细胞高10倍。
材料二：R 酶既可以催化碳反应中CO 与C 糖结合，也可以催化C 糖与O 结合。C 糖与O 结合后形成一个C 酸和一个C ，这个C 随后进入线粒体被氧化为CO2，这个过程称为光呼吸。
请回答下列问题：
(1)据图材料分析光呼吸也消耗O ，其场所与细胞呼吸消耗O 的场所 (填“相同”、“不同”)。C 植物
细胞中参与固定CO 的物质是 和 。叶绿体中的C 糖除了可以转化为淀粉、蛋白质和脂质，还可能存在的两个去向是 和 。
(2)在相同的高温、高光强度环境下，C 植物的光能转化为糖中化学能的效率比C 植物几乎高2倍，原因是P 酶与CO 的亲合力 (填“大于”、 “基本等于”或“小于”) R酶，再通过C 酸定向运输和转化，提高了维管束鞘细胞中CO 浓度，提高了光能转化效率。高浓度CO2在与O 竞争R 酶的过程中占优势，抑制了 过程；另一方面，高浓度CO 也促进了 的进行。
(3)在高热干旱的环境中，植物叶片的蒸腾作用增强，从而引起叶片气孔关闭，推测短期内C 酸含量 (填“上升”、“不变”或“下降”)。而C 植物还能保持一定的光合强度，C 植物在高热干旱的环境中仍能保持较高光合速率，原因是 。
【答案】(1) 不同 PEP C5糖(RuBP) C5糖(RuBP)的再生 转运到叶绿体外 (转变成蔗糖)
(2) 大于 光呼吸 碳反应/卡尔文循环
(3) 下降 C 植物存在C 途径(将低浓度的CO 浓缩，提高维管束鞘细胞间的CO 的浓度/可以利用低浓度 CO )
【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。光反应的物质变化为水的光解和ATP以及NADPH的合成，暗反应的物质变化为二氧化碳的固定和C3的还原。
【详解】（1）据图材料分析光呼吸也消耗O ，其场所与细胞呼吸消耗O 的场所不同，光呼吸消耗O 的场所是叶绿体，细胞呼吸消耗O 的场所线粒体。由题图可知，在玉米的叶肉细胞中，能固定CO2的物质是PEP（或磷酸烯醇式丙酮酸）;在玉米的维管束鞘细胞中，能固定CO2的物质是C5。因此C 植物用于固定CO2的物质有PEP（或磷酸烯醇式丙酮酸）和C5。
C3糖经过一系列的变化再生C5糖，还有些C3糖运输到叶绿体外供线粒体利用。
（2）在相同的高温、高光强度环境下，C4植物的光能转化为糖中化学能的效率比C3植物几乎高2倍，则说明P酶与CO2的亲合力大于R酶，能够将更多的CO2固定下来再通过C4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。
据图可知，R酶同时也能催化C5与O2的反应过程，即光呼吸，若CO2的浓度上升，则可以在与O2竞争R酶的过程中占优势，抑制了光呼吸过程；
另一方面，高浓度CO2促进了碳反应的进行，所以在高温、高光强度环境下，C4植物的光能转化为糖中化学能的效率比C3植物的高。
（3）高温、光照强烈和干旱的条件下，植物叶片的蒸腾作用增强，绿色植物气孔会关闭，CO 吸收减少，推测短期内C 酸含量下降，但C4植物细胞内的P酶与CO2的亲和力特别强，C 植物存在C 途径(将低浓度的CO 浓缩，提高维管束鞘细胞间的CO 的浓度/可以利用低浓度 CO )，C4植物可以利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用，所以C4植物高热干旱的环境中仍能保持较高光合强度。
12．强光照条件下，植物细胞可以通过“苹果酸/草酰乙酸穿梭”和“苹果酸/天冬氨酸穿梭”（如图）实现叶绿体和线粒体中物质和能量的转移，并可以通过信号传递调节植物的生理活动以适应环境变化。回答下列问题：
(1)叶绿体利用分布在 上的色素将光能转化为化学能。叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式储存的意义是 。
(2)当光照过强时，“苹果酸/草酰乙酸穿梭”可有效地将光反应产生的 中含有的还原能输出叶绿体，再经过“苹果酸/天冬氨酸穿梭”转换成线粒体中的 中含有的还原能，最终在 （场所）转化为ATP中的化学能。
(3)当光照过强时，植物细胞释放到胞外的ATP（eATP）可通过受体介导的方式，调节植物生理活动。为探究eATP对光合速率的影响，科研人员用一定最适宜浓度的eATP溶液处理豌豆叶片，结果如图所示。
该实验自变量为 ，推测eATP调节植物光合速率的机制： 。
【答案】(1) 类囊体薄膜 减少丙糖磷酸等在叶绿体内的积累，避免对光合作用的抑制；维持叶绿
体内的渗透压等
(2) NADPH NADH 线粒体内膜
(3) eATP的有无、豌豆幼苗的种类 eATP通过调节NADPH氧化酶基因的表达，促进活性氧（ROS）的合成来促进气孔的开放，从而提高光合速率
【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】（1）叶绿体利用类囊体薄膜上的叶绿素和类胡萝卜素将光能转化为化学能。叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式储存以减少丙糖磷酸等积累，避免对光合作用的抑制，维持叶绿体内的渗透压。
（2）由图可知，强光条件下，草酸乙酸/苹果酸穿梭能将NADPH中的H+运出叶绿体，与NAD+结合生成NADH，该过程将光反应产生的NADPH中含有的还原能输出叶绿体，再经过“苹果酸/天冬氨酸穿梭”转换成线粒体中的NADH中含有的还原能，最终在线粒体内膜用于ATP的合成。
（3）由题意可知，该实验的自变量为eATP的有无、豌豆幼苗的种类。活性氧（ROS）能促进植物叶肉细胞气孔的开放，NADPH氧化酶是ROS产生的关键酶，据图可知，cATP可通过调节气孔导度来调节植物光合速率，而活性氧（ROS）也能促进植物叶肉细胞气孔的开放，活性氧（ROS）的合成需要NADPH氧化酶的催化，当NADPH氧化酶缺失，则活性氧（ROS）无法合成，植物叶肉细胞气孔的开放无法增加，科研人员用eATP处理NADPH氧化酶基因缺失突变体，发现净光合速率与对照组基本一致。综合分析可知： eATP通过调节NADPH氧化酶基因的表达，促进活性氧（ROS）的合成，进而促进植物叶肉细胞气孔的开放，提升了叶肉细胞的气孔导度，进而实现了对光合速率的提高。
13．在叶肉细胞中，固定 CO 形成C3的植物称为C3植物；而玉米等植物的叶肉细胞中，PEP在PEP羧化酶的作用下固定 CO2进行C4循环，这样的植物称为C4植物。C4植物的维管束鞘细胞含无基粒的叶绿体，光反应发生在叶肉细胞，暗反应发生在维管束鞘细胞。在C4循环中PEP羧化酶对CO2的高亲和力，可将周围梭低浓度的 CO2高效运往维管束箱细胞形成高浓度CO2，如下图所示. 暗反应中 RuBP 羧化酶(对CO2的亲和力约为PEP羧化酶的1/60)在CO2浓度高时催化 RuBP固定CO2合成有机物；在CO2浓度低时催化 RuBP 与O2进行光呼吸，分解有机物，回答下列问题：
(1)C 植物中固定CO2的酶是 ，最初固定CO2的物质是 .
(2)C3植物与C4植物相比较，CO 补偿点较高的是 ；干旱时，对光合速率影响较小的是 。
(3)C4循环中，苹果酸和丙酮酸能穿过在叶肉细胞和维管束鞘细胞之间形成的特殊结构，该结构使两细胞原生质相通，还能进行信息交流，该结构是 。据题意分析，C4植物叶肉细胞不发生暗反应的原因是 。
(4)环境条件相同的情况下，分别测量单位时间内 C3植物和 C4植物干物质的积累量，发现C4植物干物质积累量近乎是C3植物的两倍，据题意推测原因是 。(至少答出两点，不考虑呼吸作用的影响)
【答案】(1) PEP 羧化酶和 RUBP 羧化酶 PEP
(2) C3植物（C3） C4植物（C4）
(3) 胞间连丝 PEP 羧化酶对 CO2的亲和力远大于 RUBP 羧化酶，使暗反应因缺少CO2而无法进行（PEP 羧化酶对CO2亲合力高 / CO2用于合成 C4）
(4)因 C4循环使维管束鞘细胞内有高浓度 CO2，促进了光合作用，增加了有机物的合成；高浓度 CO2抑制了光呼吸，减少了有机物的消耗
【分析】C4植物，叶肉细胞中对CO2高亲和力的PEPC酶催化CO2固定产生四碳化合物，然后运输到维管束鞘细胞中分解，释放出CO2用于卡尔文循环，这使得C4植物能利用环境中较低CO2进行光合作用，大大提高了光合作用效率。
【详解】（1）由题意可知，PEP在PEP羧化酶的作用下固定CO2进行C4循环，在C4循环中PEP羧化酶对CO2的高亲和力，可将周围较低浓度的CO2高效运往维管束鞘细胞形成高浓度CO2，即C4植物中固定CO2的酶是PEP羧化酶和RuBP羧化酶，最初固定CO2的物质是PEP。
（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，因而能利用更低浓度的CO2，因此C4植物的CO2补偿点比C3植物低，故C4植物的有机物积累量往往较高，因此当干旱时气孔关闭，对光合速率影响较小的是C4植物。
（3）高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接也有信息交流的作用，C4植物叶肉细胞不发生暗反应的原因是：PEP羧化酶对二氧化碳的亲和力远大于RuBP羧化酶，使暗反应因缺少二氧化碳而无法进行。
（4）C4植物干物质积累量近乎是C3植物的两倍，据题意推测原因是：因C4循环使维管束鞘细胞内有高浓度二氧化碳，促进了光合作用，增加了有机物的合成；高浓度二氧化碳抑制了光呼吸，减少了有机物的消耗。2024年高考生物押题预测： 光呼吸
2024年2月25日，中国农科院油料所和武汉大学合作在Plant Communications在线发表了题为“Hydrogen peroxide sulfenylates and inhibits the photorespiratory enzyme PGLP1 to modulate plant thermotolerance”的文章，揭示了热胁迫下积累的H2O2通过修饰并抑制光呼吸关键酶2-磷酸乙醇酸磷酸酶1调控植物热胁迫耐受性。该研究发现光呼吸代谢关键酶PGLP1能提高植物耐热性。热胁迫会导致叶绿体H2O2积累，H2O2通过次磺酸化修饰PGLP1第86位半胱氨酸抑制其酶活，促进有毒物质2-磷酸乙醇酸的积累，进而抑制植物热胁迫耐受性。此外，在叶绿体中异位表达过氧化氢酶基因（CAT2）能显著降低高温诱导的H2O2积累和PGLP1次磺酸化修饰水平，并提高植物的热胁迫耐受性，表明叶绿体H2O2是热胁迫伤害植物的关键因子。该研究阐明了热胁迫通过叶绿体H2O2干扰光呼吸抑制植物生长的分子机制，并为农作物的抗性改良提供了一个新思路。
光呼吸的过程和意义
1.在强光和低CO2条件下，卡尔文循环中的RuBP羧化酶催化O2和C5化合物发生反应生成C3和C2，一分子C2经一系列转化最终生成CO2的过程称为光呼吸。
2.光呼吸与光合作用的关系
3.参与光呼吸的细胞器
叶绿体、过氧化物体和线粒体
4.光呼吸的过程
①叶绿体：在O2分压高、CO2分压低时，叶绿体中的酶Rubisco催化O2与核酮糖-1,5-二磷酸结合，最终形成乙醇酸，并进入过氧化物酶体。
在Rubisco催化下，2C5+2O2——→2磷酸乙醇酸+2PGA（3-磷酸甘油酸）
在磷酸酶催化下，2PGA+2H2O——→2乙醇酸+2Pi
②过氧化物酶体
在过氧化物酶体中，乙醇酸在乙醇酸氧化酶作用下，被氧化为乙醛酸和过氧化氢。
过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解，放出氧。乙醛酸在转氨酶作用下，从谷氨酸得到氨基而形成甘氨酸。
③线粒体
甘氨酸在线粒体中进一步转化，两分子甘氨酸转变为丝氨酸并释放CO2。
④ 过氧化物酶体
丝氨酸再进入过氧化物酶体，经转氨酶的催化，形成羟基丙酮酸。羟基丙酮酸在甘油酸脱氢酶作用下，还原为甘油酸。
⑤叶绿体
最后，甘油酸在叶绿体内经过甘油酸激酶的磷酸化，产生3-磷酸甘油酸（PGA),参加卡尔文循环，光呼吸结束。
5.光呼吸与细胞呼吸比较
项目 光呼吸 细胞呼吸
与光的关系 只在光下进行 光下、暗处都能够进行
反应条件 光照、高氧低CO2环境 任何环境
底物 乙醇酸和O2 通常是葡萄糖和O2
产物 CO2、NH3 CO2和水
发生部位 在叶绿体产生乙醇酸，在过氧化物 糖酵解在细胞质基质进行，三羧酸循环、
酶体内氧化，在线粒体内释放CO2 呼吸链及氧化磷酸化在线粒体进行。
6.光呼吸的意义：光呼吸是一个多功能的生理过程，它在植物的生长和适应环境中发挥着重要作用。尽管它可能会消耗一些能量，但它的积极作用远远超过了这些损失。
①维持叶片内部的CO2水平。在强光或CO2不足的条件下，光呼吸可以帮助维持叶片内部的CO2水平，避免光合机构在无CO2时被光氧化破坏。
②保护光合机构。通过消耗过剩的ATP和还原力，光呼吸有助于防止强光对光合机构的破坏，减少活性氧物质对光合膜的伤害。
③回收碳元素。通过C2碳氧化环，光呼吸可以回收乙醇酸中的碳元素，转化为对植物有益的物质，如甘氨酸和丝氨酸。
④维持C3途径的运转。光呼吸释放的CO2可以被C3途径再利用，有助于维持光合碳还原循环的运转。
⑤消除有毒物质的积累。如乙醇酸的积累。
【命题情境】
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。它是光合作用一个损耗能量的副反应。绿色植物在照光条件下的呼吸作用。特点是呼吸基质在被分解转化过程中虽也放出CO2，但不能转换成能量ATP，而使光合产物被白白地耗费掉。在黑暗条件下，呼吸过程能不断转换形成ATP，并把自由能释放出来，以供根系的吸收功能、有机物质的合成与运转功能以及各种物质代谢反应等等功能的需要，从而促进生命活动的顺利进行。所以光呼吸越强，光合生产率相对就低。根据大气氧浓度21%时的测定，茶树叶片的光呼吸强度为1.6±0.1mgCO2/dm2/h，比一般植物高。
光呼吸的底物是乙醇酸。当植物进行光合作用时，大气中的CO2尚未形成糖类等有机物之前，由于光呼吸又重新释放出来。已经发现，光呼吸放出的CO2比呼吸作用大三到四倍，占光合作用同化CO2量的1/3以上。因此，抑制光呼吸，植物光合作用的强度就能大大提高，干物质积累就会增加，产量就能进一步提高。
【命题要领】
①结合光呼吸的过程图解考查读图和信息提取的科学素养；
②与呼吸作用比较，考查光呼吸和呼吸作用的区别和联系；
③结合光合作用的过程，从生物适应性的角度考查光呼吸的意义。
预测1.光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和O2/CO2值异常时发生的一种生理过程（图甲所示），该过程是细胞在Rubisco酶的催化下，消耗O2，生成CO2，借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成的消耗能量的反应。请回答下列问题。
(1)Rubisco酶既能催化C5和CO2反应，又能催化C5和O2反应，可以推测O2/CO2值 （“偏高”或“偏低”）时有利于光呼吸而不利于光合作用。
(2)在高温、干旱和强光照条件下，植物的蒸腾作用很强，叶片气孔大量关闭， 的供应量减少，植物可通过光呼吸为光合作用提供的物质为 。
(3)据图可知，光呼吸和光合作用都能利用的物质是 ，光合作用利用该物质的场所 ，光呼吸中生成CO2的场所 。
(4)与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”，从反应条件来讲光呼吸与暗呼吸的不同是 。
II．科学家测定不同温度下某植物对CO2的吸收速度如图乙所示。
(5)据图可知，导致A、B两点植物CO2吸收速度相等的外界因素是 。A点的总光合作用速率 （“>”“<”或“=”）B点的总光合作用速率。
(6)在15℃，lklx条件下，植物5小时吸收CO2 mol。
二、光呼吸的机制研究
①在过氧化物酶体中，乙醇酸在乙醇酸氧化酶作用下，被氧化为乙醛酸和过氧化氢；
②在植物细胞内Ca2+可作为信号分子，介导细胞做出反应。
【命题情境】
C3植物中约70%的H2O2来源于光呼吸途径中乙醇酸氧化酶(GLO)的催化反应，团队的前期研究发现GLO与CAT（过氧化氢酶）存在互作且其互作/解离具有可逆性；在响应外部刺激时，GLO-CAT复合体可在不同状态间瞬时转换，进而通过改变二者间的物理距离调节CAT对H2O2的清除效率，最终诱发产生光呼吸H2O2信号波。这一物理开关的揭示增添了一种新的H2O2信号发生机制（图1）。
图1 GLO-CAT分子开关调控H2O2信号波动产生 (Plant J, 2022)
【命题要领】
①生物体的性状由基因和环境共同决定；
②Ca2+和H2O2可以作为信号分子调节细胞代谢。
预测2.科学研究表明，CAC2基因编码的生物素羧化酶参与叶绿体膜的重要成分——脂肪酸合成过程。科学
家筛选出在大气条件下生长矮小、叶片黄化的光呼吸表型突变体——cac2突变体应用于植物生产。回答下列问题：
(1)cac2突变体中，叶绿体中叶绿素与类胡萝卜素的比例 ，导致叶片黄化，光反应合成的 减少，从而导致暗反应减弱，有机物合成量少，生长矮小。
(2)从结构与功能相适应的角度，推测cac2突变体表现光合作用强度偏低的原因是 。
(3)研究发现，cac2突变体在高浓度CO2条件下形态缺陷和生理指标基本得到恢复。可得出基因与性状的关系是 。
(4)研究发现，植物MAPK2信号途径参与了植物光合作用与产量调控过程。GLO1基因表达光呼吸关键酶——乙醇酸氧化酶。GLO1基因与MAPK2基因存在互作，具体过程如图。

①MAPK2基因可特异性双正向调控植株光呼吸代谢的机理是 。
②过高的光呼吸强度会影响植物产量，请从基因水平上提出一点增产的建议 。
1.如图a是水稻的光合作用暗反应及相关过程示意图。卡尔文循环的Rubisco酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应，此代谢过程消耗ATP和NADPH）。该酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。据图回答下列问题：
(1)图a中，叶肉细胞卡尔文循环中第一个光合还原产物是 （填具体名称），该产物进一步的转化过程需
要消耗 。
(2)已知ATP和NADPH的积累会对叶绿体造成伤害，据图b分析，在干旱、高光照强度环境，水稻光呼吸的积极意义是 。
(3)某研究团队将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是 （答出2点即可）。
(4)科学家预测，大气CO2浓度提高会引起温度不断升高，带来的负面作用会抵消CO2升高对产量的提高。请根据所学知识解释这个预测的理由 。
2．光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和高O 低CO 情况下发生的生理过程，RuBP（C3）既可与CO 结合，经酶催化生成PGA（C3）进行光合作用；又可与在此酶催化下生成1分子PGA和1分子PG（C ），进行光呼吸（如图）。回答下列问题：
(1)Rubisco酶分布在 （具体场所），它催化CO 与C5反应生成C 的过程称为 。
(2)据图分析，参与光呼吸的细胞器有 （答3点），细胞中CO 浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是 。作物通过光呼吸能增强对强光环境的适应，其生理意义是 。
(3)光照过强可使植物光反应阶段的关键蛋白D 受损，出现光抑制现象，导致其光合作用效率大幅降低。研究表明，Ca +能够缓解因光照过强引起的D 蛋白含量下降。以天竺葵为实验材料，设计实验验证该结论，简要写出实验思路： 。
3.植物消耗氧气，将RuBP（C5）转化成二氧化碳的过程称作光呼吸。RuBP羧化酶/氧化酶（Rubisco）不仅能催化CO2与RuBP进行羧化反应，还能催化氧气与RuBP的氧化反应，相关过程如下图所示。回答下列问题。
(1)Rubisco催化RuBP的羧化反应发生在真核细胞的 （具体部位），这一过程称作 ，反应形成的产物被 还原为糖类。
(2)当CO2/O2比值 （填“较高”或“较低”）时，更有利于植物进行羧化反应。对农作物的研究表明甲醇可以抑制光呼吸，已知植物细胞的光呼吸与乙醇酸氧化酶活性呈正相关，结合题干信息推测甲醇抑制光呼吸的机制是 。
(3)在小麦、水稻等C3作物中，光呼吸导致光合作用的转化效率降低20%-50%，根据Rubisco的特性，改良作物的措施有 （答出2点）。
4.许多环境因素能影响光合作用强度，从而直接影响农作物产量。如图（图中Lx为光照强度的单位）是研究光照强度和CO2浓度对某农作物光合作用速率影响的实验结果。据图分析并回答下列问题：

(1)在一定范围内，随CO2浓度增加，农作物光合作用速率随之增加，原因是 。
(2)据图分析，MN段和BD段限制光合作用的主要环境因素分别是 和 。在CO2浓度保持不变的情况下，若将图中B点时的光照强度突然增大至800Lx，则短时间内植物叶肉细胞中的C3含量将减少，原因是 。
(3)光照过强时，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致光反应相关结构被破坏，同时，叶绿体内NADPH/NADP+的值过高会导致更多的自由基生成，这些自由基会进一步破坏叶绿体的生物膜结构，导致光合作用强度下降，出现光抑制现象。研究发现，光呼吸（光呼吸是指绿色植物进行光合作
用的细胞在光照条件下消耗ATP、产生CO2的反应，该过程中，C5与O2结合，经过一系列过程生成C3释放CO2）对细胞有着重要的保护作用，试简要阐述光呼吸在光照过强时对植物的保护机制： （答出2点）。
5．景天科植物生长环境恶劣，白天气温高，阳光充足；夜晚气温低，整体环境干燥。如图为景天科植物细胞内发生的部分细胞代谢过程示意图。回答下列问题：
(1)在景天科植物的光合作用过程中， 可以作为临时储存CO2的载体物质。景天科植物的气孔通常在白天关闭，而在夜晚打开吸收CO2，这一特性带来的优势是 。
(2)某研究小组为了探究温度对某一非景天科绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，测定了不同条件下CO2吸收速率与释放速率，结果如下表所示。
温度/℃ 5 10 15 20 25 30
光照下CO2吸收速率/（mg·h-1） 1 1.5 2.9 3.5 3.1 3
黑暗下CO2释放速率/（mg·h-1） 0.6 0.9 1.1 2 3.3 3.9
①假设环境温度稳定为20℃，该绿色植物在密闭装置内光照16h的情况下，一昼夜后装置内CO2减少量为 。
②科研人员发现，在光照条件下，叶肉细胞中还会进行光呼吸，即O2与CO2竞争性结合RuBP（C5），O2与RuBP在Rubisco酶催化作用下经一系列反应释放CO2的过程，该过程会消耗ATP和NADPH，因此提高农作物的产量需要降低光呼吸。有人认为，增施有机肥可以降低光呼吸，理由是 。从反应条件和能量变化来看，光呼吸与有氧呼吸的区别在于 。
6．研究发现，光照条件下植物叶肉细胞会进行光呼吸。光呼吸是由于O2竞争性地结合卡尔文循环关键酶Rubisco造成的。该酶既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反应，产物经一系列变
化后在线粒体中生成CO2。下图表示有关代谢过程，请据图回答：
(1)绿色植物细胞中能够产生CO2的场所是 。从反应条件和能量变化看，光呼吸与有氧呼吸的区别是 。
(2)Rubisco是一个双功能酶， 专一性（填“具有”或“不具有”）。其催化方向取决于CO2和O2的相对浓度，在较高CO2浓度环境中，Rubisco催化的反应产物主要是 。
(3)若要利用提取的Rubisco模拟光合作用暗反应过程，构建反应体系时需加入供能物质 。已知光照强度增大会导致光呼吸速率增强，原因可能是 。
(4)过强的光照会导致光合作用光反应产物过剩，对细胞造成伤害，分析上图推测光呼吸存在的生理意义是 。
7．水稻植株中卡尔文循环的Rubisco酶对的Km为（Km越小，酶对底物的亲和力越大），该酶既可催化与反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗并释放的反应）。回答下列问题：
(1)当环境中浓度增加，短时间内， ，ATP ，NADPH 。（均填“增加”“减少”或 “不变”）
(2)水稻植株中Rubisco发挥作用的场所是 ，玉米植株中的PEPC发挥作用的场所是 （均需答出细胞名称及具体位置）
(3)在夏季晴朗的白天，玉米的光合作用在中午不会出现为保存水分而关闭气孔的午休现象，由此推测PEPC对的Km （填“高于”或“低于”），光合作用过程中先后被 固定，在相同的低浓度下，水稻和玉米的光合速率较大的是 。
(4)光呼吸会降低农作物产量，但是该过程却在长期进化过程中被植物保留下来，研究发现强光下形成的NADPH和ATP超过了卡尔文循环的利用能力时，NADPH和ATP会对叶绿体造成损伤从而产生光抑制。试回答在高温强光下光呼吸存在的意义可能是 （答出两点）。
8．光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和高O 低CO 情况下发生的生理过程，RuBP（C3）既可与CO 结合，经酶催化生成PGA（C3）进行光合作用；又可与在此酶催化下生成1分子PGA和1分子PG（C ），进行光呼吸（如图）。回答下列问题：
(1)Rubisco酶分布在 （具体场所），它催化CO 与C5反应生成C 的过程称为 。
(2)据图分析，参与光呼吸的细胞器有 （答3点），细胞中CO 浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是 。作物通过光呼吸能增强对强光环境的适应，其生理意义是 。
(3)光照过强可使植物光反应阶段的关键蛋白D 受损，出现光抑制现象，导致其光合作用效率大幅降低。研究表明，Ca +能够缓解因光照过强引起的D 蛋白含量下降。以天竺葵为实验材料，设计实验验证该结论，简要写出实验思路： 。
9．为获得优质的水稻品种，科学家开展了多项研究。分析回答下列问题：
(1)水稻在叶绿体中可将还原成有机物，此过程需要光反应提供 ，发生的能量转换是 。科研人员将水稻植株置于透明且密闭的容器内，给予适宜强度的光照，并通入一定比例的和，结果在光合作用产生的有机物中检测到了，则依次参与了 （填生理作用）。
(2)为研究水稻对弱光和强光的适应性，科研人员对水稻叶片照光后，通过观察发现强光照射的细胞中叶绿体集中分布在细胞的背光面，其生理意义是
(3)在强光条件下，叶片的气孔关闭使吸收受阻，此时浓度过高的会在酶的作用下氧化，生成，被称为光呼吸。其过程如图所示：

已知酶具有双重催化功能，既可催化与结合，生成；又能催化与结合，生成和乙醇酸。实际生产中，可以通过适当升高浓度达到增产的目的，请从光合作用过程和酶的作用特点两个方面解释其原理： 。
10．如图a是水稻的光合作用暗反应及相关过程示意图。卡尔文循环的Rubisco酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应，此代谢过程消耗ATP和NADPH）。该酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。据图回答下列问题：
(1)图a中，叶肉细胞卡尔文循环中第一个光合还原产物是 （填具体名称），该产物进一步的转化过程需要消耗 。
(2)已知ATP和NADPH的积累会对叶绿体造成伤害，据图b分析，在干旱、高光照强度环境，水稻光呼吸的积极意义是 。
(3)某研究团队将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是 （答出2点即可）。
(4)科学家预测，大气CO2浓度提高会引起温度不断升高，带来的负面作用会抵消CO2升高对产量的提高。请根据所学知识解释这个预测的理由 。
11．材料一：玉米、高粱等植物在长期进化过程中形成如下图所示的生理机制。由于存在C 途径，这类植物被称为C 植物。水稻等植物不存在C 途径，仅通过叶肉细胞中的C 途径固定CO2，这类植物被称为C 植物。C 植物能利用叶肉细胞间隙中浓度极低的CO2维管束鞘细胞中 CO2浓度比叶肉细胞高10倍。
材料二：R 酶既可以催化碳反应中CO 与C 糖结合，也可以催化C 糖与O 结合。C 糖与O 结合后形成一个C 酸和一个C ，这个C 随后进入线粒体被氧化为CO2，这个过程称为光呼吸。
请回答下列问题：
(1)据图材料分析光呼吸也消耗O ，其场所与细胞呼吸消耗O 的场所 (填“相同”、“不同”)。C 植物细胞中参与固定CO 的物质是 和 。叶绿体中的C 糖除了可以转化为淀粉、蛋白质和脂质，还可能存在的两个去向是 和 。
(2)在相同的高温、高光强度环境下，C 植物的光能转化为糖中化学能的效率比C 植物几乎高2倍，原因是P 酶与CO 的亲合力 (填“大于”、 “基本等于”或“小于”) R酶，再通过C 酸定向运输和转化，提高了维管束鞘细胞中CO 浓度，提高了光能转化效率。高浓度CO2在与O 竞争R 酶的过程中占优势，抑制了 过程；另一方面，高浓度CO 也促进了 的进行。
(3)在高热干旱的环境中，植物叶片的蒸腾作用增强，从而引起叶片气孔关闭，推测短期内C 酸含量 (填“上升”、“不变”或“下降”)。而C 植物还能保持一定的光合强度，C 植物在高热干旱的环境中仍能保持较高光合速率，原因是 。
12．强光照条件下，植物细胞可以通过“苹果酸/草酰乙酸穿梭”和“苹果酸/天冬氨酸穿梭”（如图）实现叶绿体和线粒体中物质和能量的转移，并可以通过信号传递调节植物的生理活动以适应环境变化。回答下列问题：
(1)叶绿体利用分布在 上的色素将光能转化为化学能。叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式储存的意义是 。
(2)当光照过强时，“苹果酸/草酰乙酸穿梭”可有效地将光反应产生的 中含有的还原能输出叶绿体，再经过“苹果酸/天冬氨酸穿梭”转换成线粒体中的 中含有的还原能，最终在 （场所）转化为ATP中的化学能。
(3)当光照过强时，植物细胞释放到胞外的ATP（eATP）可通过受体介导的方式，调节植物生理活动。为探究eATP对光合速率的影响，科研人员用一定最适宜浓度的eATP溶液处理豌豆叶片，结果如图所示。
该实验自变量为 ，推测eATP调节植物光合速率的机制： 。
13．在叶肉细胞中，固定 CO 形成C3的植物称为C3植物；而玉米等植物的叶肉细胞中，PEP在PEP羧化酶的作用下固定 CO2进行C4循环，这样的植物称为C4植物。C4植物的维管束鞘细胞含无基粒的叶绿体，光反应发生在叶肉细胞，暗反应发生在维管束鞘细胞。在C4循环中PEP羧化酶对CO2的高亲和力，可将周围梭低浓度的 CO2高效运往维管束箱细胞形成高浓度CO2，如下图所示. 暗反应中 RuBP 羧化酶(对CO2的亲和力约为PEP羧化酶的1/60)在CO2浓度高时催化 RuBP固定CO2合成有机物；在CO2浓度低时催化 RuBP 与O2进行光呼吸，分解有机物，回答下列问题：
(1)C 植物中固定CO2的酶是 ，最初固定CO2的物质是 .
(2)C3植物与C4植物相比较，CO 补偿点较高的是 ；干旱时，对光合速率影响较小的是 。
(3)C4循环中，苹果酸和丙酮酸能穿过在叶肉细胞和维管束鞘细胞之间形成的特殊结构，该结构使两细胞原生质相通，还能进行信息交流，该结构是 。据题意分析，C4植物叶肉细胞不发生暗反应的原因是 。
(4)环境条件相同的情况下，分别测量单位时间内 C3植物和 C4植物干物质的积累量，发现C4植物干物质积累量近乎是C3植物的两倍，据题意推测原因是 。(至少答出两点，不考虑呼吸作用的影响)