第5章 细胞的能量供应和利用 特殊环境下的光合作用类型加强练--人教版（2019）生物必修1（含解析）

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2025人教版生物必修1
特殊环境下的光合作用类型加强练
1.景天科植物具有独特的昼夜节律,在晚上植物体内苹果酸含量升高,糖分含量下降;白天则相反,酸度下降,糖分增多;相应的代谢途径被称为CAM途径,具有此类代谢途径的植物称为CAM植物。图1为一昼夜大叶落叶生根(一种CAM植物)CO2吸收速率变化情况,图2为CAM植物叶肉细胞中CAM途径的物质变化过程,回答下列问题。
图1
图2
(1)据图1推测,CAM植物的气孔在　　　　　(填“白天”或“晚上”)开放。细胞中　　　　　(填物质名称)很可能是临时储存CO2的载体。
(2)据图2判断,CAM植物叶肉细胞中固定CO2的物质有　　　　　(填英文字母简称),CAM植物叶肉细胞在暗反应过程中,固定的CO2来源于　　　　　　　　　　　　　。CAM途径的物质变化过程可通过　　　　　　法追踪碳元素的转移路径加以证实。
(3)分析图中信息推测,CAM途径是植物对　　　　　(填“干旱”或“湿润”)环境的适应;该途径除维持光合作用外,对植物的生理意义还表现在　 　　　　　　　　　　　　　。
2.(2024广东广州高一期末)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(Rubisco)催化下直接与C5反应生成C3,该途径为C3途径;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,该途径为C4途径。PEPC对CO2的亲和力是Rubisco的几十倍。
回答下列问题。
(1)黑藻细胞固定CO2的具体场所有　　　　　　　　　。C3的还原需要　　　　　　(填物质名称)提供能量。
(2)在某光照强度下测得黑藻净光合速率为17.02 μmol·mg-1·h-1,此时光合作用产生O2的去向有　　　　　　　　　　　　　;
若要计算黑藻的总光合速率,还需要测定　　　　　　　。
(3)为了探究低浓度CO2对黑藻固定CO2途径的影响,科研人员进行相关实验,实验结果如图所示。
①研究结果表明,经低浓度CO2诱导,黑藻固定CO2主要途径的变化是　　　　　　　　　　　(填“C3途径转变为C4途径”或“C4途径转变为C3途径”)。
②若用14CO2以同位素标记法对此实验结论进行验证,简要写出你的实验设计思路。
特殊环境下的光合作用类型加强练
1.答案 (1)晚上　苹果酸　(2)PEP、RuBP　苹果酸分解和细胞呼吸　同位素标记　(3)干旱　有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失
解析 (1)据题干信息和图1推测,白天景天科植物几乎不吸收CO2,可见白天景天科植物气孔是关闭的,晚上气孔开放吸收CO2,由于晚上吸收CO2,苹果酸含量上升,所以苹果酸很可能是临时储存CO2的载体。(2)CAM植物叶肉细胞中的固定CO2的过程有细胞质中的CAM途径和叶绿体中的卡尔文循环,所以固定CO2的物质分别是PEP、RuBP。CAM植物叶肉细胞在暗反应过程中,固定的CO2来源于苹果酸分解和细胞呼吸。物质变化过程可通过同位素标记法研究。(3)CAM植物白天气孔关闭,晚上气孔开放,CAM植物生活的环境应为干旱的环境,白天关闭气孔能够有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失,同时晚上吸收CO2可以维持白天的光合作用。
2.答案 (1)细胞质基质、叶绿体基质　NADPH和ATP
(2)进入线粒体用于细胞呼吸和释放到空气中　呼吸速率
(3)①C3途径转变为C4途径　②将若干大小、长势基本一致的健壮黑藻随机均分为两组,一组在低浓度14CO2培养,另一组在高浓度14CO2培养,其他条件相同且适宜。定期检测并记录两组黑藻细胞中14C4的放射性强度。
解析 (1)分析题图可知,黑藻细胞一方面可以在细胞质基质中将低浓度的CO2固定为C4,另一方面可以在叶绿体基质中利用高浓度的CO2与C5结合生成C3,故黑藻固定CO2的具体场所是细胞质基质和叶绿体基质。C3的还原过程需要光反应产生的NADPH和ATP来提供能量。
(2)在某光照强度下测得黑藻净光合速率为17.02 μmol·h-1·mg-1,产生的O2除了进入线粒体进行有氧呼吸之外,还会释放到周围的环境中;总光合速率=净光合速率+呼吸速率,故还需要测定呼吸速率。
(3)①高浓度CO2下,CO2在核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)催化下直接与C5反应生成C3,低浓度CO2下,CO2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);根据题图可知,低浓度CO2下,黑藻中的PEPC活性显著增强,黑藻固定CO2主要途径由C3途径转变为C4途径。②若用14CO2以同位素标记法对此实验结论进行验证,实验的自变量是CO2的浓度,因变量是C4的放射性,故实验设计思路为将若干大小、长势基本一致的健壮黑藻随机均分为两组,一组在低浓度14CO2培养,另一组在高浓度14CO2培养,其他条件相同且适宜。定期检测并记录两组黑藻细胞中14C4的放射性强度,若低浓度组中14C4的放射性明显高于高浓度组,则可验证。
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