【高考突破方案】必修一 专题3 微专题1光合作用相关情境突破 -讲义（教师版） 高考生物一轮复习

微专题一　光合作用相关情境突破
一、光系统及电子传递链
（2021·湖南卷）图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：
(1)图b表示图a中的　 　结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为　 　和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中电子传递速率会　 　（填“加快”或“减慢”）。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
项目 叶绿体A：双层膜结构完整 叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤
实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量 100.0 167.0
实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量 100.0 106.7
项目 叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂 叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段
实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量 425.1 281.3
实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量 471.1 109.6
注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。
据此分析：
①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以　　　　（填“Fecy”或“DCIP”）为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于________________________________________________________________________________________________________________________________________________，从而提高光反应速率。
③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
【审题关键】信息①：光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，即图b表示图a的类囊体膜，光反应过程中，色素吸收的光能最终转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中的电子去路受阻，电子传递速率会减慢。
信息②：在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下，更有利于类囊体上的色素吸收、转化光能，从而提高光反应速率，所以该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C。
信息③：根据图b可知，ATP的合成依赖于水光解的电子传递和H＋顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低。
【答案】(1)类囊体膜　NADPH　减慢　(2)①Fecy　Fecy是亲水性物质（电子受体），叶绿体A双层膜结构完整，Fecy不容易进入叶绿体参与光反应；叶绿体B双层膜局部受损，进入叶绿体的Fecy数量增多，从而明显提高了光反应速率。而DCIP为亲脂性物质，叶绿体双层膜是否完整对其进入叶绿体的影响无明显差异，光反应速率无明显变化　②类囊体膜上光合色素吸收光能、光能转化为电能和电子传递
③ATP合成需要类囊体膜结构完成，以便水光解的电子传递和H＋跨膜运输，形成跨膜H＋浓度差；结构破坏程度越高，跨膜H＋浓度差越低，ATP合成越少
光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。
注：图中虚线表示该生理过程中电子(e－)的传递过程。
(1)光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2、H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要介导NADPH的产生。
(2)电子(e－)经过电子传递链参与NADPH的形成。
(3)电子传递过程是高电势到低电势（光系统Ⅱ和光系统Ⅰ中的电子传递由于光能的作用，从而逆电势传递，这是一个吸能的过程），因此，电子传递过程中释放能量，PQ利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入囊腔侧，从而建立了质子浓度（电化学）梯度。当然，光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)以及在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程，为建立质子浓度（电化学）梯度也有所贡献。
(4)类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。
1.如图表示植物叶肉细胞叶绿体的类囊体膜上发生的部分代谢过程，其中运输H＋的载体蛋白有两种类型，从而实现H＋在膜两侧间的穿梭。下列分析不正确的是(　　)
A.图中过程产生了O2、ATP和NADPH等
B.H＋可由叶绿体基质进入类囊体腔，该过程属于主动运输，但消耗的能量不是由ATP提供的
C.通过类囊体膜转运H＋的两种机制不相同
D.据图分析，O2产生后扩散到细胞外共需要穿过3层生物膜
【解析】D　图示过程为光合作用的光反应阶段，发生在类囊体膜上，该过程产生了O2、ATP和NADPH等，A正确；图中在类囊体膜上H＋的顺浓度梯度的推动下促进了ATP的合成，显然H＋由叶绿体基质进入类囊体腔是逆浓度梯度进行的，属于主动运输，B正确；通过类囊体膜转运H＋的两种机制不相同，H＋进入类囊体腔是逆浓度进入的，属于主动运输，而从类囊体腔转运出去是通过协助扩散完成的，C正确；O2在类囊体腔中产生，首先需要穿过类囊体膜达到叶绿体基质中，再穿过叶绿体的两层膜结构到达细胞质基质中，再穿过细胞膜到达细胞外，该过程穿过了4层生物膜，D错误。
2.（2024·江苏三模）光合作用被称为“地球上最重要的化学反应”。光反应过程中光合电子传递链主要由几大复合体组成，包括光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素复合体(Cb6/f)、光系统Ⅰ(PSⅠ)等。有些植物在强光下产生电子过多导致活性氧积累，细胞内活性氧积累会加快细胞凋亡引发萎黄病。研究人员利用拟南芥对光合电子传递进行了有关研究。回答下列问题：
(1)光合作用的光反应发生在　　　　　　　　上，光系统是由其上的蛋白与光合色素结合形成的，具有　　　　　　　　功能。
(2)光反应中的电子传递包括线性电子传递和环式电子传递。线性电子传递中，电子经PSⅡ、Cb6/f和PSⅠ最终产生NADPH和ATP；环式电子传递中，电子在PSⅠ和Cb6/f间循环，仅产生ATP不产生NADPH。Cb6/f复合体位于PSⅡ和PSⅠ之间，同时参与线性电子传递和环式电子传递（图1）。
注：→表示线性电子传递，表示环式电子传递，·表示电子。
①在光照条件下，光系统Ⅱ(PSⅡ)吸收光能产生高势能电子，PSⅡ中部分叶绿素a失去电子转化为强氧化剂从　　　中夺取电子释放O2。
②光系统Ⅰ(PSⅠ)吸收光能产生强还原剂，使　　　还原，其在暗反应中的作用是　　　　　　　 　　　　　　　　 　；PSⅡ产生的电子和PSⅠ产生的部分电子经过Cb6/f复合体传递进入PSⅠ，在电子传递过程的同时形成跨膜的质子动力势，用于　　　的合成，同时维持电子传递相对平衡。
③环式电子传递与线性电子传递相比，能够　　　（填“提高”或“降低”）ATP/NADPH比例，提高暗反应的效率。
(3)野生型拟南芥能适应一定的强光胁迫，但C37缺失突变体不能。与图1相比，图2表明在强光胁迫下，C37缺失导致电子从　　　　　　　　到　　　的电子传递受阻，传递效率显著下降，从而产生大量活性氧(ROS)。ROS积累到一定阶段会促进　　　　　　　并引发细胞凋亡，导致萎黄病。
(4)上述研究揭示出植物可以通过　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　以适应强光胁迫。
【答案】(1)叶绿体类囊体薄膜　吸收、传递、转化光能　(2)①H2O　②C3　作为还原剂使C3还原为有机物和C5，提供能量　ATP　③提高　(3)Cb6/f复合体　PSⅠ　叶绿素分解　(4)调节光合电子传递链上的电子流动速率
【解析】光合作用的光反应是一个非常复杂的物质与能量转变过程，它需要类囊体上多种蛋白复合体和电子传递体的参与才能将光能转变成电能，进而转变电势能和化学能。PSⅠ和PSⅡ指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物，叶绿素a与蛋白质结合构成PSⅠ和PSⅡ。 转化时处于特殊状态的叶绿素a在光的照射下可以得失电子，从而将光能转换成电能。叶绿素a被激发而失去电子(e－) ，最终传递给NADP＋。 失去电子的叶绿素a变成一种强氧化剂，能够从水分子中夺取电子，使水分子氧化生成氧分子和氢离子(H＋)，叶绿素a由于获得电子而恢复稳态。
二、光呼吸
（2021·山东卷）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-1) 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-1 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-1之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
【审题关键】(1)光合作用过程中CO2与C5结合发生在叶绿体基质中，根据光呼吸的概念，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，所以光呼吸中C5与O2结合的反应应该发生在叶绿体基质中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片中光反应停止，产生的ATP、 NADPH减少，使暗反应减弱，暗反应中CO2与C5结合减弱，则C5与O2结合增加，CO2释放量增加。
(2)据表可知，与未喷施SoBS溶液相比，喷施100 mg·L-1 SoBS溶液的水稻叶片光合作用强度增大即光合作用固定的CO2增加，而光呼吸强度减小即光呼吸释放的CO2减少，再结合题干中SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计，所以喷施SoBS溶液后，叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。因此，在更低的光照强度下，叶片光合作用吸收的CO2量和光呼吸与细胞呼吸释放的CO2量即可相等。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，因此当光合作用强度与光呼吸强度差值最大时，最有利于农作物增产。结合表中数据可知，当喷施SoBS溶液浓度为200 mg·L-1时，光合作用强度与光呼吸强度差值最大，因此利于增产的最适喷施浓度应在100～300 mg·L-1。
【答案】(1)基质　光照停止，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)低　喷施100 mg·L-1 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
1.光呼吸的过程：Rubisco是一个双功能酶。光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。在暗反应中，Rubisco能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。过程如图所示：
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。
2.光呼吸的意义：(1)回收碳元素（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）；(2)防止强光对叶绿体的破坏（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）。
3.光呼吸与暗呼吸的比较
比较项目 光呼吸 暗呼吸（有氧呼吸）
底物 乙醇酸 糖、脂肪、蛋白质
发生部位 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 细胞质基质、线粒体
反应条件 光照 有光或无光都可以
能量 消耗能量（消耗ATP和NADPH） 产生能量
共同点 消耗O2，放出CO2
3.科学研究发现，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，主要原因是光照条件下，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，具体过程如图所示。下列说法正确是(　　)
注：PGA为3－磷酸甘油酸，是一种三碳化合物；PG为二碳化合物；Rubisco为核酮糖－1，5－二磷酸羧化酶。
A.O2与C5结合的场所是叶绿体基质，生成CO2的场所是线粒体
B.突然停止光照，短时间内暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合减少，产生的CO2减少
C.光呼吸消耗光合作用产物，农业生产中为增加产量，应采取措施完全抑制农作物光呼吸
D.与有氧呼吸不同，光呼吸只能在光下进行，并且能产生大量ATP
【解析】A　C5主要分布在叶绿体基质中，所以O2与C5结合的场所是叶绿体基质，据图可知生成CO2的场所是线粒体，A正确；突然停止光照，光反应减弱，短时间内产生的ATP、NADPH减少，消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多，B错误；光呼吸虽然消耗光合作用产物，但可以有效防止夏季中午光对植物的伤害，同时为光合作用提供原料，农业生产中，不能完全抑制光呼吸，C错误；根据题干和图示可知，与有氧呼吸不同，光呼吸只能在光下进行，消耗O2和有机物，产生CO2，消耗能量，不能产生ATP，D错误。
4.（2024·黑龙江三模）Rubisco在O2浓度较高时会催化C5与O2反应，反应产物经一系列变化消耗ATP和NADPH后生成CO2，该过程被称为光呼吸， 简图如下，同时Rubisco在CO2浓度较高时也能催化C5与CO2反应。结合所学知识，回答下列问题：
(1)Rubisco位于　　　　　　　　（填具体部位）中，其可催化RuBP与CO2结合，然后生成C3，C3在一系列酶的催化下，将　　　　　　　中的化学能转化为糖类等有机物中的化学能。
(2)夏季晴朗的午后，水稻进行光呼吸的速率会　　　　，以________________________________________________________________________________________________________________________________________________从而保护叶肉细胞，此时叶肉细胞释放O2的速率会明显下降，分析其可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)已知乙醛酸和H2O2会氧化蛋白质的二硫键，影响相关酶的活性，由图推测过氧化物酶体具有________________________________________________________________________等功能。
(4)蓝细菌进行光呼吸的速率低于相同条件下的高等植物，从酶的角度分析，其可能的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(5)研究发现，光呼吸过程释放的CO2的量与叶绿体中形成的乙醇酸的量成正比。研究者给大豆叶片喷施一定量的2，3－环氧丙酸（结构与乙醇酸类似），结果大豆光合速率比对照组高了18.7%，分析2，3－环氧丙酸的作用机理：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
【答案】(1)叶绿体基质　NADPH和ATP　(2)增强　消耗光反应阶段生成的多余的ATP和NADPH，减少对光合结构的损伤　光呼吸可以消耗O2　(3)转化乙醛酸、水解H2O2、保护蛋白质　(4)蓝细菌为原核生物，不具有生物膜系统，而高等植物具有生物膜系统，广阔的膜面积为酶提供了大量的附着位点，为光呼吸的顺利进行创造了有利条件
(5)2，3－环氧丙酸会造成光呼吸的产物积累，抑制叶绿体中乙醇酸的合成，即C5与O2结合过程被抑制，则CO2更多地与C5结合形成C3，因此会促进暗反应的进行，以提高光合速率
【解析】(1)Rubisco主要参与CO2的固定，故分布在叶绿体基质中， 光反应为暗反应提供NADPH和ATP，将C3还原成糖类等有机物。(2)Rubisco是一个双功能酶，光照条件下，它既能催化C5与CO2发生羧化反应固定CO2，又能催化C5与O2发生加氧反应进行光呼吸，其催化方向取决于CO2和O2的浓度。强光下叶肉细胞内气孔导度下降，O2浓度升高，CO2浓度降低，O2在Rubisco的竞争中占优势，Rubisco更倾向于催化C5与O2发生反应，光呼吸增强，光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的ATP和NADPH，减少对光合结构的损伤，从而保护叶肉细胞，光呼吸是C5与O2发生的反应，可以消耗过多的能量和O2，此时叶肉细胞释放O2的速率也会明显下降。(3)由图可知，乙醇酸被转运至过氧化物酶体，在过氧化物酶体内，乙醇酸在相关酶的作用下，被氧化成乙醛酸，H2O2被水解为O2和H2O，因此过氧化物酶体具有转化乙醛酸、水解H2O2、保护蛋白质等功能。(4)高等植物为真核生物，具有生物膜系统，蓝细菌为原核生物，不具有生物膜系统，生物膜系统广阔的膜面积为酶提供了大量的附着位点，为各种化学反应的顺利进行创造了有利条件，因此蓝细菌进行光呼吸的速率低于相同条件下的高等植物。(5)由图可知，乙醇酸是光呼吸的产物，给大豆叶片喷施一定量的2，3－环氧丙酸（结构与乙醇酸类似），会造成光呼吸的产物积累，抑制叶绿体中乙醇酸的合成，即C5与O2结合过程被抑制，则CO2更多地与C5结合形成C3，因此会促进暗反应的进行，以提高光合速率。
三、C3植物、C4植物与景天科植物
（2023·湖南卷）如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L-1（Km越小，酶对底物的亲和力越大），该酶既可催化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）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC对CO2的Km为7 μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题：
(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是　　　　　　　　　　（填具体名称），该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成　　　　　（填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”）后，再通过　　　　　长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度　　　　　（填“高于”或“低于”）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________（答出3点即可）。
(3)某研究将蓝细菌的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3点即可）。
【审题关键】(1)玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的固定过程不同，但其卡尔文循环的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解可得出答案。(2)干旱、高光照强度时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。(3)影响光合作用的内因和外因，外因主要为光照强度和CO2浓度，内因包括色素含量和酶活性，此外产物的积累也会影响光合速率。
【答案】(1)3-磷酸甘油醛　蔗糖　韧皮部（筛管）　(2)高于　玉米PEPC对CO2的亲和力大，利用低浓度CO2的能力强；玉米能通过PEPC酶生成C4，再释放CO2，使维管束鞘细胞内CO2/O2的值高，抑制玉米的光呼吸；玉米维管束鞘细胞的光合产物转运至输导组织的速度快　(3)水稻的光吸收转化能力弱；水稻细胞中暗反应的酶活性有限；同化产物转运能力不强
1.CO2固定的三种途径
(1)C3途径：也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见的C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。
(2)C4途径：玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列（如图1），叶肉细胞的叶绿体中将CO2固定形成C4，随后C4进入维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞中，C4释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物（如图2）。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用（特别是在高温、光照强烈、干旱条件下）能力。常见的C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。
　
(3)CAM途径：景天科、仙人掌科及凤梨科等肉质植物生存在干旱地区，它们对CO2固定实行的是时间分离（昼夜节律）。它们的气孔往往是白天关闭，夜间开放。这种植物有一种特殊的CO2固定方式，它们在夜间从大气中吸收CO2，还原为苹果酸大量积累于液泡中，在白天的光照下，夜间积累的苹果酸脱羧，释放出的CO2经卡尔文循环形成淀粉。
2.C3植物、C4植物和CAM植物的比较
特征 C3植物 C4植物 CAM植物
与CO2结合的物质 RuBP(C5) PEP PEP
CO2固定的最初产物 C3 草酰乙酸(C4) 草酰乙酸(C4)
CO2固定的时间 白天 白天 夜晚和白天
光反应的场所 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜
卡尔文循环的场所 叶肉细胞的叶绿体基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的叶绿体基质
有无光合午休 有 无 无
5.（2024·山西部分学校联考）C4植物是指生长过程中从空气中吸收CO2后首先合成含四个碳原子化合物的植物，其能浓缩空气中低浓度的CO2用于光合作用。玉米属于C4植物，较C3植物具有生长能力强、需水量少等优点。如图为C4植物光合作用固定CO2过程的简图。下列相关叙述错误的是(　　)
A.C4植物叶肉细胞固定CO2时不产生C3，而是形成苹果酸或天冬氨酸
B.据图推测光反应的场所在叶肉细胞，暗反应开始于叶肉细胞
C.由CO2浓缩机制可推测，PEP羧化酶与CO2亲和力高于Rubisco
D.图中丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸(C3)的过程属于吸能反应
【解析】B　分析题图可知，C4植物叶肉细胞固定CO2时不产生C3，而是形成草酰乙酸，然后通过还原作用和转氨作用形成苹果酸或天冬氨酸，A正确；据图推测，暗反应开始于维管束鞘细胞，B错误；分析题意可知，C4植物能浓缩空气中低浓度的CO2用于光合作用，由此可知，PEP羧化酶与CO2的亲和力高于Rubisco，C正确；图中丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸(C3)的过程需要ATP水解提供能量，属于吸能反应，D正确。
6.（2024·重庆三模）研究发现，小麦属于C3植物，通过卡尔文循环完成碳的固定和还原；玉米属于C4植物，碳的固定多了C4途径，其光合作用需要叶肉细胞和维管束鞘细胞共同完成，玉米叶肉细胞中的PEP酶具有很强的CO2亲和力。研究人员绘制的图1为玉米植株相关细胞内物质转化过程，图2为研究人员在晴朗的夏季白天测定玉米和小麦净光合速率的变化。
据图回答下列相关问题：
(1)提取玉米叶片色素时，为防止叶绿素被破坏，可以加入　　　　　；利用纸层析法分离色素时，在滤纸条上叶绿素比类胡萝卜素扩散速率慢，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)在某株玉米的维管束鞘细胞叶绿体中只能进行暗反应，推测其可能缺少的结构是　　　；在玉米的相关细胞中固定CO2的物质有　　　　　，图1中过程②需要光反应提供的物质是　　　　　　　　　。
(3)上午9：00，突然降低环境中CO2浓度的一小段时间内，玉米细胞和小麦细胞中C3含量的变化分别是　　　、　　　，其中小麦C3含量变化的原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)综上分析，玉米植株净光合速率为图2中曲线　　　，由此可见，在高温干燥的环境中，C4植物可能比C3植物生长得更好，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
【答案】(1)CaCO3　叶绿素在层析液中的溶解度小于类胡萝卜素　(2)基粒　PEP和C5
ATP和NADPH　(3)不变　降低　CO2固定成C3的速率减慢，同时C3还原的速率不变　(4)甲　C4植物在低浓度CO2环境中光合作用更强
【解析】(1)提取色素时，为防止叶绿素被破坏，可以加入CaCO3，CaCO3的作用是保护叶绿素不分解。与类胡萝卜素相比，叶绿素在层析液中溶解度低，因而在滤纸条上扩散速率慢，该实验是根据叶绿体色素在层析液中溶解度不同，因而扩散速率不同实现的。(2)若玉米的维管束鞘细胞叶绿体中只能进行暗反应，不能进行光反应，推测其可能缺少的结构是基粒。由图可以看出，玉米植物细胞中固定CO2的物质有PEP和C5。图1中过程②为C3的还原，需要光反应提供的物质是ATP和NADPH。(3)上午9：00，突然降低环境中CO2浓度的一小段时间内，由于玉米叶肉细胞中PEP羧化酶可固定低浓度的CO2，玉米的暗反应受影响不大，即其细胞中C3含量基本不变；小麦为C3植物，其细胞由于CO2供应减少，CO2固定成C3的速率减慢，同时C3还原的速率不变，导致C3含量减少。(4)夏季晴朗的白天中午，高温干旱会使玉米和小麦大量蒸发失水而出现气孔大量关闭，使CO2供应受阻，C4植物在低浓度CO2环境中光合作用更强，因此玉米植株的净光合速率高于小麦，即图2中的甲曲线表示的是玉米净光合速率的变化。