第16講光合作用和細(xì)胞呼吸的關(guān)系考點(diǎn)一光合作用和細(xì)胞呼吸的關(guān)系【探究】光合作用和細(xì)胞呼吸的關(guān)系1.光合作用與細(xì)胞呼吸相互依存密不可分，各自又具有相對(duì)的獨(dú)立性。如圖是某植物光合作用和細(xì)胞呼吸過(guò)程示意圖，其中Ⅰ～Ⅳ代表物質(zhì)，①～⑤代表過(guò)程。（1）圖中Ⅶ被相鄰細(xì)胞利用至少需要穿過(guò)幾層生物膜，確定的依據(jù)是什么？提示：6。圖中Ⅶ是有氧呼吸第二階段的產(chǎn)物，表示CO2，產(chǎn)生場(chǎng)所是線粒體基質(zhì)，被相鄰細(xì)胞利用是在相鄰細(xì)胞的葉綠體基質(zhì)，至少需要穿過(guò)線粒體（2層膜）、線粒體所在細(xì)胞的細(xì)胞膜（1層膜）、相鄰細(xì)胞的細(xì)胞膜（1層膜）、相鄰細(xì)胞的葉綠體（2層膜）共6層生物膜。（2）圖中Ⅱ和Ⅴ、Ⅲ和Ⅶ是不是同一種物質(zhì)？Ⅰ和Ⅳ是不是同一種物質(zhì)？說(shuō)說(shuō)判斷的依據(jù)。提示：是，不是，圖中Ⅱ是水光解產(chǎn)物O2，Ⅲ能與C5結(jié)合形成C3，表示CO2，Ⅴ與有氧呼吸前兩個(gè)階段產(chǎn)生的Ⅳ形成水，Ⅶ是有氧呼吸第二階段的產(chǎn)物，是CO2，因此Ⅴ是O2，Ⅳ是[H]，Ⅶ是CO2，Ⅱ（O2）和Ⅴ（O2）是同一種物質(zhì)，Ⅲ（CO2）和Ⅶ（CO2）是同一種物質(zhì)，Ⅰ是NADPH，是還原型輔酶Ⅱ，Ⅳ是NADH，是還原型輔酶Ⅰ，是不同物質(zhì)。（3）圖中①②③④過(guò)程都伴隨ATP的合成嗎？提示：②過(guò)程伴隨著ATP的水解，③④⑤過(guò)程伴隨著ATP的合成。2.如果用18O標(biāo)記土壤中的水，那么植物產(chǎn)生的二氧化碳和氧氣是否含有18O？如果有，寫(xiě)出18O的轉(zhuǎn)移途徑。提示：有，H218O經(jīng)過(guò)光合作用的光反應(yīng)轉(zhuǎn)移給18O2，H218O經(jīng)過(guò)有氧呼吸的第二階段轉(zhuǎn)移給C3.給小球藻提供18O2，在小球藻合成的有機(jī)物中檢測(cè)到了18O，分析其最可能的轉(zhuǎn)移途徑是什么？提示：有氧呼吸第三階段18O2與[H]結(jié)合生成了H218O，有氧呼吸第二階段利用H218O生成C18O2，C18O2再參與光合作用的暗反應(yīng)生成含18O的有機(jī)物（C【歸納總結(jié)】細(xì)胞呼吸和光合作用的物質(zhì)、能量轉(zhuǎn)化關(guān)系（1）物質(zhì)轉(zhuǎn)化（2）能量變化（3）光合作用與有氧呼吸中有關(guān)的NADPH、NADH、ATP的來(lái)源與去路1.（2024·江西贛州?？迹┫聢D是以O(shè)為線索繪制的植物葉肉細(xì)胞中發(fā)生的物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系。有關(guān)敘述正確的是（）C18O2H218O18O2A.①過(guò)程主要經(jīng)過(guò)CO2固定和C3還原階段B.②過(guò)程與丙酮酸轉(zhuǎn)化為CO2同時(shí)消耗[H]C.③過(guò)程需要葉綠素，但不需要酶參與D.④過(guò)程需要的[H]來(lái)自線粒體中的葡萄糖解析：ACO2參與暗反應(yīng)，①過(guò)程代表暗反應(yīng)，包含CO2固定和C3還原兩個(gè)階段，A正確；②過(guò)程是在水的參與下，經(jīng)過(guò)有氧呼吸第二階段產(chǎn)生二氧化碳的過(guò)程，反應(yīng)物為丙酮酸和水，產(chǎn)物為CO2、[H]和少量能量，因此并不消耗[H]，B錯(cuò)誤；③過(guò)程為水的光解，該過(guò)程需要葉綠素吸收光能，且H＋、e－、NADP＋形成NADPH，需要酶催化，C錯(cuò)誤；④過(guò)程為氧氣還原產(chǎn)生水，其場(chǎng)所為線粒體內(nèi)膜，葡萄糖不能進(jìn)入線粒體即線粒體中不存在葡萄糖，D錯(cuò)誤。2.（2024·遼寧大連模擬）下圖為綠色植物體內(nèi)某些代謝過(guò)程中物質(zhì)變化的示意圖，a、b、c分別表示不同的代謝過(guò)程。下列相關(guān)敘述正確的是（）A.Ⅲ過(guò)程在第二階段消耗水，第三階段產(chǎn)生水B.若Ⅰ、Ⅱ過(guò)程的速率大于Ⅲ過(guò)程，植物體干重將減少C.Ⅰ過(guò)程中產(chǎn)生的O2參與Ⅲ過(guò)程的第二階段反應(yīng)D.物質(zhì)X是從葉綠體的基質(zhì)移向類囊體薄膜的解析：A圖中Ⅲ過(guò)程表示有氧呼吸，其第二階段消耗水，第三階段產(chǎn)生水，A正確；Ⅰ過(guò)程為光合作用的光反應(yīng)，Ⅱ過(guò)程為光合作用的暗反應(yīng)，Ⅲ過(guò)程為有氧呼吸的代謝過(guò)程，若Ⅰ、Ⅱ過(guò)程的速率大于Ⅲ過(guò)程，植物體干重將增加，B錯(cuò)誤；Ⅰ過(guò)程表示光合作用的光反應(yīng)，產(chǎn)生的氧氣參與Ⅲ過(guò)程的第三階段，C錯(cuò)誤；物質(zhì)X是ATP，從葉綠體類囊體薄膜移向葉綠體的基質(zhì)，D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)二植物“三率”的判斷與測(cè)定【探究】植物“三率”的判斷與測(cè)定1.科研人員研究了溫度對(duì)人工種植的蒲公英幼苗光合作用與呼吸作用的影響，其他條件相同且適宜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示，據(jù)圖思考以下問(wèn)題：（1）在光照條件下，蒲公英幼苗30℃與35℃總光合速率是否相同？判斷的依據(jù)是什么？提示：相同。據(jù)圖可知實(shí)線為凈光合作用速率曲線，虛線為呼吸作用速率曲線，實(shí)際光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率，30℃環(huán)境中蒲公英的實(shí)際光合速率為3＋3.5＝6.5（mg/h），35℃環(huán)境中蒲公英的實(shí)際光合速率為3.5＋3＝6.5（mg/h）。（2）一直處于光照條件下，什么溫度最有利于蒲公英生長(zhǎng)，說(shuō)說(shuō)判斷的依據(jù)。提示：25℃。在光照下，圖中數(shù)據(jù)表明溫度在25℃時(shí)，植物的凈光合速率最大，最有利于植物的生長(zhǎng)。2.某研究小組采用“半葉法”對(duì)蓮藕葉片的光合速率進(jìn)行測(cè)定。將對(duì)稱葉片的一部分（A）遮光，另一部分（B）不做處理，并采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠值奈镔|(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射6小時(shí)后，在A、B的對(duì)應(yīng)部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB（單位：mg），則該植物細(xì)胞總光合作用速率為多少，寫(xiě)出推算過(guò)程。提示：1/6（MB－MA）mg/h。相同時(shí)間段內(nèi)遮光部分A只進(jìn)行了細(xì)胞呼吸，而曝光部分B細(xì)胞呼吸和光合作用同時(shí)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)兩者的起始質(zhì)量相同（可設(shè)為amg），則兩者的重量差M＝MB－MA＝（a＋6小時(shí)內(nèi)光合作用合成量－6小時(shí)內(nèi)細(xì)胞呼吸消耗量）－（a－6小時(shí)內(nèi)細(xì)胞呼吸消耗量）＝6小時(shí)內(nèi)光合作用合成量，故該植物總光合作用強(qiáng)度為1/6（MB－MA）mg/h?！練w納總結(jié)】1.辨析凈光合速率與總光合速率（1）微觀辨析（2）結(jié)合曲線辨析2.真正（總）光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關(guān)系①判定方法②相關(guān)計(jì)算a.光合作用實(shí)際產(chǎn)氧量（葉綠體產(chǎn)氧量）＝實(shí)測(cè)植物氧氣釋放量＋細(xì)胞呼吸耗氧量。b.光合作用實(shí)際CO2消耗量（葉綠體消耗CO2量）＝實(shí)測(cè)植物CO2吸收量＋細(xì)胞呼吸CO2釋放量。c.光合作用葡萄糖凈生產(chǎn)量（葡萄糖積累量）＝光合作用實(shí)際葡萄糖生產(chǎn)量（葉綠體產(chǎn)生或合成的葡萄糖量）－細(xì)胞呼吸葡萄糖消耗量。3.“三率”的?？记€分析①②③以“測(cè)定的CO2吸收量與釋放量”為指標(biāo)：4.光合速率與呼吸速率的探究方法（1）利用裝置圖法測(cè)定植物光合速率與呼吸速率①將植物（甲裝置）置于黑暗中一定時(shí)間，記錄紅色液滴移動(dòng)的距離，計(jì)算呼吸速率。②將同一植物（乙裝置）置于光下一定時(shí)間，記錄紅色液滴移動(dòng)的距離，計(jì)算凈光合速率。③根據(jù)呼吸速率和凈光合速率可計(jì)算得到真正光合速率。（2）葉圓片稱重法測(cè)定單位時(shí)間、單位面積葉片中淀粉的生成量，如圖所示以有機(jī)物的變化量測(cè)定光合速率（S為葉圓片面積）。凈光合速率＝（z－y）/2S；呼吸速率＝（x－y）/2S；總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝（x＋z－2y）/2S。（3）黑白瓶法“黑白瓶”問(wèn)題是一類通過(guò)凈光合作用強(qiáng)度和有氧呼吸強(qiáng)度推算總光合作用強(qiáng)度的試題，其中“黑瓶”不透光，測(cè)定的是有氧呼吸量；“白瓶”給予光照，測(cè)定的是凈光合作用量，可分為有初始值與沒(méi)有初始值兩種情況，規(guī)律如下：規(guī)律1：有初始值的情況下，黑瓶中氧氣的減少量（或二氧化碳的增加量）為有氧呼吸量；白瓶中氧氣的增加量（或二氧化碳的減少量）為凈光合作用量；二者之和為總光合作用量。規(guī)律2：沒(méi)有初始值的情況下，白瓶中測(cè)得的現(xiàn)有量與黑瓶中測(cè)得的現(xiàn)有量之差即總光合作用量。（4）半葉法將植物對(duì)稱葉片的一部分（A）遮光或取下置于暗處，另一部分（B）則留在光下進(jìn)行光合作用（即不做處理），并采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠值奈镔|(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。一定時(shí)間后，在這兩部分葉片的對(duì)應(yīng)部位截取同等面積的葉片，分別烘干稱重，記為MA、MB，光合作用產(chǎn)物的量為MB－MA，再通過(guò)計(jì)算得出光合速率。1.（2024·遼寧朝陽(yáng)建平縣實(shí)驗(yàn)中學(xué)?？迹┤鐖D是葉肉細(xì)胞在不同光照強(qiáng)度下葉綠體與線粒體代謝簡(jiǎn)圖。以下相關(guān)敘述，錯(cuò)誤的是（）A.若細(xì)胞①處于黑暗環(huán)境中.那么該細(xì)胞單位時(shí)間內(nèi)放出的CO2量即為呼吸速率B.細(xì)胞②沒(méi)有與外界發(fā)生O2和CO2交換，可斷定此時(shí)光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率C.細(xì)胞③處在較強(qiáng)光照條件下，細(xì)胞光合作用所利用的CO2量為N1與N2的和D.對(duì)細(xì)胞④的分析可得出，此時(shí)的光照強(qiáng)度較弱且物質(zhì)的量N1小于m2解析：D細(xì)胞①處于黑暗環(huán)境中，細(xì)胞只進(jìn)行呼吸作用，因此可以測(cè)定該細(xì)胞單位時(shí)間內(nèi)放出的CO2量即為呼吸速率，A正確；細(xì)胞②中葉綠體產(chǎn)生的氧氣全部被線粒體所利用，此時(shí)葉肉細(xì)胞中光合作用速率等于呼吸作用速率，B正確；細(xì)胞③光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用，光合作用所需的CO2來(lái)源于外來(lái)的CO2和呼吸作用產(chǎn)生的CO2，故細(xì)胞光合作用所利用的CO2量為N1與N2的和，C正確；細(xì)胞④的呼吸作用強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度，可能原因是此時(shí)光照強(qiáng)度較弱，細(xì)胞有氧呼吸和光合作用過(guò)程中，O2的凈消耗量（吸收量）m2與CO2的凈生成量N1相等，D錯(cuò)誤。2.（2024·北京豐臺(tái)高三期末）某植物光合作用、呼吸作用與溫度的關(guān)系如下圖。據(jù)此，對(duì)該植物生理特性理解不正確的是（）A.呼吸作用的最適溫度比光合作用的高B.該植物在10～45℃范圍內(nèi)能夠生長(zhǎng)C.通過(guò)測(cè)量總光合速率和呼吸速率計(jì)算得出凈光合速率D.0～25℃范圍內(nèi)溫度變化對(duì)光合速率的影響比對(duì)呼吸速率大解析：C據(jù)圖可知，呼吸作用的最適溫度約為55℃，光合作用最適溫度約為30℃，呼吸作用的最適溫度比光合作用的高，A正確；該植物在10～45℃范圍內(nèi)凈光合速率大于0，能夠生長(zhǎng)，B正確；可以測(cè)量得出呼吸速率和凈光合速率，進(jìn)而計(jì)算得出總光合速率，C錯(cuò)誤；溫度變化在0～25℃范圍內(nèi)，光合速率變化更大，說(shuō)明在此范圍內(nèi)溫度變化對(duì)光合速率的影響比對(duì)呼吸速率大，D正確。3.某興趣小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置若干組，室溫25℃下進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中裝置條件及結(jié)果的敘述錯(cuò)誤的是（）A.若X溶液為CO2緩沖液并給予光照，液滴移動(dòng)距離可表示凈光合作用強(qiáng)度大小B.若要測(cè)真正光合強(qiáng)度，需另加設(shè)一裝置遮光處理，X溶液為NaOH溶液C.若X溶液為清水并給予光照，光合作用大于細(xì)胞呼吸時(shí)，呼吸作用產(chǎn)生的CO2全部被光合作用所用D.若X溶液為清水并遮光處理，消耗的底物為淀粉時(shí)，液滴右移解析：D若X溶液為CO2緩沖液并給予光照，則密閉瓶中氣壓的變化不會(huì)由二氧化碳引起，此時(shí)光合作用將吸收CO2、釋放O2，導(dǎo)致液滴向右移動(dòng)，液滴移動(dòng)的距離代表的是O2的變化，可表示凈光合作用強(qiáng)度大小，A正確；若要測(cè)真正光合強(qiáng)度，而真正的光合強(qiáng)度＝凈光合作用強(qiáng)度（釋放的O2量）＋呼吸消耗強(qiáng)度（吸收的O2量），則X溶液為CO2緩沖液并給予光照，此時(shí)測(cè)出的是凈光合作用強(qiáng)度大小，若X溶液為NaOH溶液并遮光處理，在有氧呼吸過(guò)程中吸收O2并產(chǎn)生CO2，而二氧化碳被NaOH吸收，進(jìn)而導(dǎo)致密閉小室中氣體體積減小，此時(shí)液滴移動(dòng)的距離可表示呼吸速率，即另加設(shè)一裝置遮光處理，X溶液為NaOH溶液，可測(cè)出呼吸速率，進(jìn)而可測(cè)出總光合速率，B正確；清水既不吸收和釋放O2，也不吸收和釋放CO2，若X溶液為清水并給予光照，當(dāng)光合作用大于細(xì)胞呼吸時(shí)，呼吸作用產(chǎn)生的CO2全部被光合作用所用，光合作用產(chǎn)生的O2，除滿足呼吸作用所用外，又釋放到細(xì)胞外，同時(shí)從細(xì)胞外吸收CO2，但是密閉小室中的CO2量有限，影響了光合作用的進(jìn)行，C正確；若X溶液為清水并遮光處理，消耗的底物為淀粉時(shí)，此時(shí)有氧呼吸時(shí)消耗的O2和產(chǎn)生的CO2量相等，因而密閉小室中氣體體積不變，液滴不移動(dòng)，D錯(cuò)誤。4.（2024·黑龍江佳木斯?？迹┖诎灼糠ǘ嘤糜谘芯扛∮沃参锷a(chǎn)量，所用白瓶完全透光，黑瓶不透光。用若干個(gè)黑白瓶，裝入某湖泊一定水層的1L湖水后密閉，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果如圖所示。下列相關(guān)說(shuō)法正確的是（）A.白瓶中的生物白天只進(jìn)行光合作用B.瓶中生物24小時(shí)呼吸消耗氧氣量為7mgC.a光照下，不能滿足瓶中生物對(duì)氧氣所需量D.a光照下，白瓶中植物24小時(shí)氧氣凈釋放量為7mg解析：B白瓶中的生物白天既可以進(jìn)行光合作用，也能進(jìn)行呼吸作用，A錯(cuò)誤；黑瓶中生物只進(jìn)行呼吸作用，所以瓶中生物呼吸消耗氧氣量只看黑瓶即可，所以瓶中生物24小時(shí)呼吸消耗氧氣量為10－3＝7（mg），B正確；a光照下，瓶中生物24小時(shí)后溶解氧的含量還是為10mg，說(shuō)明凈光合作用等于0，即a光照下，剛好滿足瓶中生物對(duì)氧氣所需量，瓶中生物光合作用釋放氧氣量為0，C、D錯(cuò)誤。考點(diǎn)三光呼吸、CO2固定的三種特殊途徑【探究】光呼吸、CO2固定的三種特殊途徑1.科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，Rubisco是一種雙功能酶，在高CO2含量和較強(qiáng)光照下，它可以催化五碳化合物（C5）與CO2的羧化反應(yīng)進(jìn)行光合作用；在高O2含量環(huán)境下，它可以催化五碳化合物（C5）與O2反應(yīng)（加氧反應(yīng)）進(jìn)行光呼吸，羧化反應(yīng)和加氧反應(yīng)的相對(duì)速率取決于CO2與O2的相對(duì)濃度。如圖是光合作用與光呼吸的部分過(guò)程，據(jù)圖回答問(wèn)題：（1）光呼吸發(fā)生在CO2與O2的比值相對(duì)較小還是較大的條件下，說(shuō)說(shuō)判斷的依據(jù)。提示：較小。光呼吸發(fā)生在O2含量相對(duì)較高的條件下，此時(shí)CO2與O2的比值相對(duì)較小。（2）光呼吸的進(jìn)行需要哪些細(xì)胞器參與？提示：葉綠體和線粒體。（3）除圖中所示物質(zhì)外，暗反應(yīng)生成糖類還需要光反應(yīng)提供什么物質(zhì)？提示：光反應(yīng)可為暗反應(yīng)提供ATP、NADPH。（4）在高溫、干旱和適宜光照條件下，圖中暗反應(yīng)固定的CO2的來(lái)源有哪些？提示：在高溫、干旱和適宜光照條件下，植物可以從外界吸收CO2，光呼吸和有氧呼吸也可以為暗反應(yīng)提供CO2。2.根據(jù)光合作用中CO2的固定方式不同，可將植物分為C3植物和C4植物等類型。C4植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)比C3植物的低。CO2補(bǔ)償點(diǎn)通常是指環(huán)境CO2濃度降低導(dǎo)致光合速率與呼吸速率相等時(shí)的環(huán)境CO2濃度?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反應(yīng)階段的產(chǎn)物是相同的，光反應(yīng)階段的產(chǎn)物有什么？提示：O2、NADPH和ATP。（2）正常條件下，植物葉片的光合產(chǎn)物不會(huì)全部運(yùn)輸?shù)狡渌课?，原因是什么？提示：自身呼吸消耗或建造植物體結(jié)構(gòu)。（3）干旱會(huì)導(dǎo)致氣孔開(kāi)度減小，研究發(fā)現(xiàn)在同等程度干旱條件下，C4植物比C3植物生長(zhǎng)得好。從兩種植物CO2補(bǔ)償點(diǎn)的角度分析，可能的原因是什么？提示：C4植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)低于C3植物，C4植物能夠利用較低濃度的CO2。3.生活在干旱地區(qū)的CAM植物具有特殊的二氧化碳固定方式，具體過(guò)程如圖所示?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）夜晚，CAM植物能吸收CO2，卻不能合成葡萄糖的原因是什么？白天，CAM植物進(jìn)行光合作用所需CO2是什么過(guò)程供應(yīng)的？提示：沒(méi)有光照，光反應(yīng)不能正常進(jìn)行，無(wú)法為暗反應(yīng)提供所需的ATP、NADPH。蘋(píng)果酸脫羧和呼吸作用。（2）欲判斷某植物是否存在CAM植物的CO2固定方式，請(qǐng)結(jié)合圖示寫(xiě)出簡(jiǎn)單的檢測(cè)方法。提示：在干旱環(huán)境下，測(cè)定該植物葉肉細(xì)胞pH的晝夜變化，或者測(cè)定該植物夜間有無(wú)CO2吸收，或者測(cè)定該植物夜間氣孔是否開(kāi)放，白天是否關(guān)閉?！練w納總結(jié)】1.光呼吸（1）光呼吸現(xiàn)象產(chǎn)生的分子機(jī)制是O2和CO2競(jìng)爭(zhēng)Rubisco酶。在暗反應(yīng)中，Rubisco酶能夠以CO2為底物實(shí)現(xiàn)CO2的固定；在光下，當(dāng)O2濃度高、CO2濃度低時(shí)，O2會(huì)競(jìng)爭(zhēng)Rubisco酶，在光的驅(qū)動(dòng)下將碳水化合物氧化生成CO2和水。（2）光呼吸是一個(gè)高耗能的反應(yīng)，正常生長(zhǎng)條件下光呼吸就可損耗掉光合產(chǎn)物的25％～30％。過(guò)程如圖所示：2.CO2固定的三種特殊途徑（1）C4植物固定CO2的方式玉米、甘蔗等起源于熱帶的植物葉肉細(xì)胞的葉綠體內(nèi)，在有關(guān)酶的催化作用下，CO2首先被一種三碳化合物（PEP）固定，形成一個(gè)四碳化合物（C4）。C4進(jìn)入維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中，釋放出一個(gè)CO2，并形成另一種三碳化合物——丙酮酸。釋放出來(lái)的CO2進(jìn)入卡爾文循環(huán)；丙酮酸則再次進(jìn)入葉肉細(xì)胞中的葉綠體內(nèi)，在有關(guān)酶的催化下，通過(guò)ATP提供的能量，轉(zhuǎn)化成PEP，繼續(xù)固定CO2。具體過(guò)程如圖所示。這種以四碳化合物（C4）為光合最初產(chǎn)物的途徑稱為C4途徑，而卡爾文循環(huán)這種以三碳化合物（C3）為光合最初產(chǎn)物的途徑則稱為C3途徑。相應(yīng)的植物被稱為C4植物和C3植物。（2）景天科植物的CO2固定（CAM途徑）景天科酸代謝是許多肉質(zhì)植物的一種特殊代謝方式，在夜間，大氣中CO2從氣孔進(jìn)入，被磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化酶催化，與PEP結(jié)合形成草酰乙酸（OAA），再經(jīng)蘋(píng)果酸脫氫酶作用還原為蘋(píng)果酸，貯存于液泡中。在白天，蘋(píng)果酸從液泡中釋放出來(lái)，經(jīng)脫羧酶作用形成CO2和丙酮酸，CO2產(chǎn)生后用于卡爾文循環(huán)，如圖所示。（3）藍(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機(jī)制藍(lán)細(xì)菌具有CO2濃縮機(jī)制，如下圖所示。1.（2022·江蘇高考20題節(jié)選）圖1所示為光合作用過(guò)程中部分物質(zhì)的代謝關(guān)系（①～⑦表示代謝途徑）。Rubisco是光合作用的關(guān)鍵酶之一，CO2和O2競(jìng)爭(zhēng)與其結(jié)合，分別催化C5的羧化與氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化則產(chǎn)生乙醇酸（C2），C2在過(guò)氧化物酶體和線粒體協(xié)同下，完成光呼吸碳氧化循環(huán)。請(qǐng)讀圖回答下列問(wèn)題：（1）圖1中，類囊體膜直接參與的代謝途徑有①⑥（從①～⑦中選填），在紅光照射條件下，參與這些途徑的主要色素是葉綠素a和葉綠素b。（2）在C2循環(huán)途徑中，乙醇酸進(jìn)入過(guò)氧化物酶體被繼續(xù)氧化，同時(shí)生成的過(guò)氧化氫在過(guò)氧化氫酶催化下迅速分解為O2和H2O。（3）將葉片置于一個(gè)密閉小室內(nèi)，分別在CO2濃度為0和0.03％的條件下測(cè)定小室內(nèi)CO2濃度的變化，獲得曲線a、b（圖2）。①曲線a，0～t1時(shí)段（沒(méi)有光照，只進(jìn)行呼吸作用）釋放的CO2源于細(xì)胞呼吸；t1～t2時(shí)段，CO2的釋放速度有所增加，此階段的CO2源于細(xì)胞呼吸和光呼吸。②曲線b，當(dāng)時(shí)間到達(dá)t2點(diǎn)后，室內(nèi)CO2濃度不再改變，其原因是光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度。解析：（1）類囊體薄膜發(fā)生的反應(yīng)有水的光解產(chǎn)生H＋與氧氣，以及ATP的形成，即①⑥。葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，葉綠素主要有葉綠素a和葉綠素b兩種，故用紅光照射參與反應(yīng)的主要是葉綠素a和葉綠素b。（2）過(guò)氧化氫酶能將過(guò)氧化氫分解為O2和H2O，所以在C2循環(huán)途徑中，乙醇酸進(jìn)入過(guò)氧化物酶體被繼續(xù)氧化，同時(shí)生成的過(guò)氧化氫在過(guò)氧化氫酶催化下迅速分解為O2和H2O。（3）曲線at1～t2時(shí)段，有光照，所以CO2是由細(xì)胞呼吸和光呼吸共同產(chǎn)生。曲線b有光照后，t1～t2時(shí)段CO2下降最后達(dá)到平衡，說(shuō)明細(xì)胞呼吸和光合作用達(dá)到了平衡，光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度。2.CO2是影響植物光合作用的重要因素。不同植物在長(zhǎng)期的自然選擇中形成了不同的適應(yīng)特征。圖1是三種不同類型植物的CO2同化方式示意圖，圖2表示生活在不同地區(qū)的上述三種植物在晴朗夏季的CO2吸收速率日變化曲線。已知玉米葉肉細(xì)胞葉綠體中固定CO2的酶對(duì)CO2的親和力高于水稻，回答下列問(wèn)題：（1）以光合色素的吸光百分率為縱坐標(biāo)，以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，獲得光合色素的吸收光譜。通過(guò)對(duì)比各組提取液對(duì)紅光（填“紅光”“藍(lán)紫光”或“綠光”）的吸光率來(lái)比較葉片中的葉綠素含量。（2）美國(guó)科學(xué)家卡爾文用同位素標(biāo)記（或同位素示蹤）法探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑。二氧化碳還原成糖的一系列反應(yīng)稱為暗反應(yīng)。（3）圖1水稻、玉米和景天科植物中，玉米對(duì)應(yīng)圖2中的曲線是C，最適應(yīng)炎熱干旱環(huán)境的植物是景天科植物，原因是該類植物白天因減少水分的散失而氣孔關(guān)閉，但夜晚能吸收CO2，不影響光合作用的進(jìn)行。（4）圖2中，在4點(diǎn)時(shí)，A植物的光合速率為0μmol（m2·s）；在10點(diǎn)到16點(diǎn)期間，A植物的光合速率＞（填“＞”“＝”或“＜”）呼吸速率。（5）圖2中，10點(diǎn)到12點(diǎn)期間，B植物的光合速率下降而C植物繼續(xù)升高，原因是該時(shí)間段溫度較高，B植株部分氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)不足，C植物可以利用低濃度的CO2，此時(shí)光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，所以光合速率繼續(xù)升高。解析：（1）葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍(lán)紫光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光。只有葉綠素能吸收紅光，可對(duì)比各組提取液對(duì)紅光的吸光率來(lái)比較葉片中的葉綠素含量。（2）美國(guó)科學(xué)家卡爾文用14CO2去追蹤光合作用中CO2中的碳轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中的碳的途徑。二氧化碳還原成糖的一系列反應(yīng)稱為暗反應(yīng)。（3）由圖1可知，水稻對(duì)CO2的吸收是在白天進(jìn)行的，且沒(méi)有固碳作用，玉米吸收CO2也是在白天進(jìn)行的，由于有固碳作用，它的吸收能力較強(qiáng)，能利用較低濃度的CO2，景天科植物夜晚吸收CO2，白天時(shí)再利用液泡中儲(chǔ)存的CO2進(jìn)行光合作用，根據(jù)以上特點(diǎn)，與圖2中曲線比較可得，B對(duì)應(yīng)的是水稻，C對(duì)應(yīng)的是玉米，A對(duì)應(yīng)的是景天科植物。（4）在4點(diǎn)時(shí)，沒(méi)有光照，A植物不能進(jìn)行光合作用；A植物白天不從外界吸收二氧化碳，而是利用晚上儲(chǔ)存在液泡中的二氧化碳和呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳，圖2中，在10點(diǎn)到16點(diǎn)期間，此時(shí)光照強(qiáng)度較高，A植物的光合速率大于呼吸速率。（5）B對(duì)應(yīng)的是水稻，C對(duì)應(yīng)的是玉米，A對(duì)應(yīng)的是景天科植物。在10點(diǎn)到12點(diǎn)期間，溫度較高，會(huì)使植物的部分氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)不足，引起B(yǎng)植物光合速率下降，而C植物能利用低濃度的CO2，此時(shí)光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，所以其光合速率繼續(xù)升高。角度一結(jié)合光合作用與細(xì)胞呼吸的關(guān)系考查生命觀念及科學(xué)思維1.（2023·湖北高考11題）高溫是制約世界糧食安全的因素之一，高溫往往使植物葉片變黃、變褐。研究發(fā)現(xiàn)平均氣溫每升高1℃，水稻、小麥等作物減產(chǎn)約3％～8％。關(guān)于高溫下作物減產(chǎn)的原因，下列敘述錯(cuò)誤的是（）A.呼吸作用變強(qiáng)，消耗大量養(yǎng)分B.光合作用強(qiáng)度減弱，有機(jī)物合成減少C.蒸騰作用增強(qiáng)，植物易失水發(fā)生萎蔫D.葉綠素降解，光反應(yīng)生成的NADH和ATP減少解析：D呼吸作用的最適溫度高于光合作用，氣溫升高，植物呼吸作用增強(qiáng)，消耗的有機(jī)物增多，造成作物減產(chǎn)，A正確；溫度升高，可能導(dǎo)致光合作用相關(guān)酶的活性降低，光合作用強(qiáng)度減弱，有機(jī)物合成減少，B正確；溫度升高，蒸騰作用增強(qiáng)，植物易失水發(fā)生萎蔫，從而影響正常的生命活動(dòng)，造成減產(chǎn)，C正確；據(jù)題干信息可知，高溫使葉片變黃、變褐，推測(cè)高溫導(dǎo)致葉綠素降解，光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP減少，NADH在細(xì)胞呼吸過(guò)程中產(chǎn)生，D錯(cuò)誤。2.（2023·廣東高考18題）光合作用機(jī)理是作物高產(chǎn)的重要理論基礎(chǔ)。大田常規(guī)栽培時(shí)，水稻野生型（WT）的產(chǎn)量和黃綠葉突變體（ygl）的產(chǎn)量差異不明顯，但在高密度栽培條件下ygl產(chǎn)量更高，其相關(guān)生理特征見(jiàn)下表和下圖。（光飽和點(diǎn)：光合速率不再隨光照強(qiáng)度增加時(shí)的光照強(qiáng)度；光補(bǔ)償點(diǎn)：光合過(guò)程中吸收的CO2與呼吸過(guò)程中釋放的CO2等量時(shí)的光照強(qiáng)度。）水稻材料葉綠素（mg/g）類胡蘿卜素（mg/g）類胡蘿卜素/葉綠素WT4.080.630.15ygl1.730.470.27分析圖表，回答下列問(wèn)題：（1）ygl葉色黃綠的原因包括葉綠素含量較低和類胡蘿卜素/葉綠素的值較高，葉片主要吸收可見(jiàn)光中的紅光和藍(lán)紫光。（2）光照強(qiáng)度逐漸增加達(dá)到2000μmol·m－2·s－1時(shí)，ygl的凈光合速率較WT更高，但兩者凈光合速率都不再隨光照強(qiáng)度的增加而增加，比較兩者的光飽和點(diǎn)，可得ygl高于WT（填“高于”“低于”或“等于”）。ygl有較高的光補(bǔ)償點(diǎn)，可能的原因是葉綠素含量較低和細(xì)胞呼吸速率較高。（3）與WT相比，ygl葉綠素含量低，高密度栽培條件下，更多的光可到達(dá)下層葉片，且ygl群體的凈光合速率較高，表明該群體光能利用率較高，是其高產(chǎn)的原因之一。（4）試分析在0～50μmol·m－2·s－1范圍的低光照強(qiáng)度下，WT和ygl凈光合速率的變化，在給出的坐標(biāo)系中繪制凈光合速率趨勢(shì)曲線。在此基礎(chǔ)上，分析圖a和你繪制的曲線，比較高光照強(qiáng)度和低光照強(qiáng)度條件下WT和ygl的凈光合速率，提出一個(gè)科學(xué)問(wèn)題探究高密度栽培條件下，WT和ygl的最適光照強(qiáng)度（或探究在較強(qiáng)光照條件下，WT和ygl的最適栽培密度）。答案：（4）如圖所示?解析：（1）水稻葉綠體中的光合色素有4種：胡蘿卜素（橙黃色）、葉黃素（黃色）、葉綠素a（藍(lán)綠色）、葉綠素b（黃綠色）。據(jù)表格信息可知，與野生型水稻相比，黃綠葉突變體（ygl）的葉綠素含量低，類胡蘿卜素/葉綠素的值較高，導(dǎo)致ygl葉色黃綠。類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，因此ygl葉片主要吸收可見(jiàn)光中的紅光和藍(lán)紫光。（2）光飽和點(diǎn)是光合速率不再隨光照強(qiáng)度增加時(shí)的光照強(qiáng)度。據(jù)圖a可知，ygl的光飽和點(diǎn)高于WT。光補(bǔ)償點(diǎn)是光合過(guò)程中吸收的CO2與呼吸過(guò)程中釋放的CO2等量時(shí)的光照強(qiáng)度。根據(jù)圖c可知，與WT相比，ygl的呼吸速率較高。據(jù)表格信息可知，與WT相比，ygl的葉綠素含量較低，當(dāng)光照強(qiáng)度較低時(shí)，葉綠素含量低會(huì)導(dǎo)致光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的NADPH和ATP較少，使光合速率降低。綜合上述分析可知，ygl具有較高的光補(bǔ)償點(diǎn)的原因可能是其葉綠素含量較低和細(xì)胞呼吸速率較高。（3）與WT相比，在高密度栽培條件下，更多的光可到達(dá)ygl下層葉片，導(dǎo)致ygl下層葉片的光合速率較高；與WT相比，ygl的葉綠素含量低，但ygl群體的凈光合速率較高，表明該群體的光能利用率較高，有機(jī)物積累量大。（4）繪制曲線圖時(shí)要注意：ygl的呼吸速率約為0.9μmol（CO2）·m－2·s－1，WT的呼吸速率約為0.6μmol（CO2）·m－2·s－1，而且ygl的光補(bǔ)償點(diǎn)（約為30μmol·m－2·s－1）大于WT的光補(bǔ)償點(diǎn)（約為15μmol·m－2·s－1），具體曲線圖見(jiàn)答案。由題可知，為保證水稻高產(chǎn)，可關(guān)注最適栽培密度或最適光照強(qiáng)度，因此可以繼續(xù)探究高密度栽培條件下，WT和ygl的最適光照強(qiáng)度或探究在較強(qiáng)光照條件下，WT和ygl的最適栽培密度。角度二結(jié)合科學(xué)思維及科學(xué)探究考查光呼吸與光抑制3.（2021·山東高考21題）光照條件下，葉肉細(xì)胞中O2與CO2競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合C5，O2與C5結(jié)合后經(jīng)一系列反應(yīng)釋放CO2的過(guò)程稱為光呼吸。向水稻葉面噴施不同濃度的光呼吸抑制劑SoBS溶液，相應(yīng)的光合作用強(qiáng)度和光呼吸強(qiáng)度見(jiàn)下表。光合作用強(qiáng)度用固定的CO2量表示，SoBS溶液處理對(duì)葉片呼吸作用的影響忽略不計(jì)。SoBS濃度（mg/L）0100200300400500600光合作用強(qiáng)度（CO2μmol·m－2·s－1）18.920.920.718.717.616.515.7光呼吸強(qiáng)度（CO2μmol·m－2·s－1）6.46.25.85.55.24.84.3（1）光呼吸中C5與O2結(jié)合的反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的基質(zhì)中。正常進(jìn)行光合作用的水稻，突然停止光照，葉片CO2釋放量先增加后降低，CO2釋放量增加的原因是光照停止，產(chǎn)生的ATP、NADPH減少，暗反應(yīng)消耗的C5減少，C5與O2結(jié)合增加，產(chǎn)生的CO2增多。（2）與未噴施SoBS溶液相比，噴施100mg/LSoBS溶液的水稻葉片吸收和放出CO2量相等時(shí)所需的光照強(qiáng)度低（填“高”或“低”），據(jù)表分析，原因是噴施SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸（及呼吸作用）釋放的CO2減少，即葉片的CO2吸收量增加、釋放量減少。此時(shí)，在更低的光照強(qiáng)度下，兩者即可相等。（3）光呼吸會(huì)消耗光合作用過(guò)程中的有機(jī)物，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可通過(guò)適當(dāng)抑制光呼吸以增加作物產(chǎn)量。為探究SoBS溶液利于增產(chǎn)的最適噴施濃度，據(jù)表分析，應(yīng)在100～300mg/L之間再設(shè)置多個(gè)濃度梯度進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。解析：（1）光合作用過(guò)程中CO2與C5結(jié)合發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，根據(jù)光呼吸的概念，葉肉細(xì)胞中O2與CO2競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合C5，所以光呼吸中C5與O2結(jié)合的反應(yīng)應(yīng)該發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中。正常進(jìn)行光合作用的水稻，突然停止光照，葉片中光反應(yīng)停止，產(chǎn)生的ATP、NADPH減少，使暗反應(yīng)減弱，暗反應(yīng)中CO2與C5結(jié)合減弱，則C5與O2結(jié)合增加，CO2釋放量增加。（2）據(jù)表可知，與未噴施SoBS溶液相比，噴施100mg/LSoBS溶液的水稻葉片光合作用強(qiáng)度增大即光合作用固定的CO2增加，而光呼吸強(qiáng)度減小即光呼吸釋放的CO2減少，再結(jié)合題干中SoBS溶液處理對(duì)葉片呼吸作用的影響忽略不計(jì)，所以噴施SoBS溶液后，葉片的CO2吸收量增加、釋放量減少。因此，在更低的光照強(qiáng)度下，葉片光合作用吸收的CO2量和光呼吸與細(xì)胞呼吸釋放的CO2量相等。（3）光呼吸會(huì)消耗光合作用過(guò)程中的有機(jī)物，因此當(dāng)光合作用強(qiáng)度與光呼吸強(qiáng)度差值最大時(shí)，最有利于農(nóng)作物增產(chǎn)。結(jié)合表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)噴施SoBS溶液濃度為200mg/L時(shí)，光合作用強(qiáng)度與光呼吸強(qiáng)度差值最大，因此利于增產(chǎn)的最適噴施濃度應(yīng)介于100～300mg/L之間。4.（2022·山東高考21題）強(qiáng)光條件下，植物吸收的光能若超過(guò)光合作用的利用量，過(guò)剩的光能可導(dǎo)致植物光合作用強(qiáng)度下降，出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。為探索油菜素內(nèi)酯（BR）對(duì)光抑制的影響機(jī)制，將長(zhǎng)勢(shì)相同的蘋(píng)果幼苗進(jìn)行分組和處理，如表所示，其中試劑L可抑制光反應(yīng)關(guān)鍵蛋白的合成。各組幼苗均在溫度適宜、水分充足的條件下用強(qiáng)光照射，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。分組處理甲清水乙BR丙BR＋L（1）光可以被蘋(píng)果幼苗葉片中的色素吸收，分離蘋(píng)果幼苗葉肉細(xì)胞中的色素時(shí)，隨層析液在濾紙上擴(kuò)散速度最快的色素主要吸收的光的顏色是藍(lán)紫光。（2）強(qiáng)光照射后短時(shí)間內(nèi)，蘋(píng)果幼苗光合作用暗反應(yīng)達(dá)到一定速率后不再增加，但氧氣的產(chǎn)生速率繼續(xù)增加。蘋(píng)果幼苗光合作用暗反應(yīng)速率不再增加，可能的原因有CO2供應(yīng)不足、與暗反應(yīng)有關(guān)的酶活性降低（合理即可）（答出2種原因即可）；氧氣的產(chǎn)生速率繼續(xù)增加的原因是水的光解持續(xù)進(jìn)行。（3）據(jù)圖分析，與甲組相比，乙組加入BR后光抑制減弱（填“增強(qiáng)”或“減弱”）；乙組與丙組相比，說(shuō)明BR可能通過(guò)促進(jìn)光反應(yīng)關(guān)鍵蛋白的合成或增加其活性發(fā)揮作用。解析：（1）分離葉肉細(xì)胞中的色素時(shí)，隨層析液在濾紙上擴(kuò)散速度最快的是胡蘿卜素，胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。（2）由題意可知，強(qiáng)光照射短時(shí)間內(nèi)，溫度升高，與暗反應(yīng)有關(guān)酶的活性下降，同時(shí)部分氣孔關(guān)閉，CO2的供應(yīng)不足，導(dǎo)致暗反應(yīng)達(dá)到一定速率后不再增加；氧氣的產(chǎn)生速率繼續(xù)增加的原因是水的光解持續(xù)進(jìn)行。（3）與甲組（清水）相比，乙組的光合作用強(qiáng)度較強(qiáng)，說(shuō)明加入BR后光抑制減弱；丙組加入可抑制光反應(yīng)關(guān)鍵蛋白的合成的試劑L，乙組與丙組相比，丙組加入的是BR＋L，但是丙組的光合作用強(qiáng)度與甲組的無(wú)明顯差異，乙組的光合作用強(qiáng)度較強(qiáng)，說(shuō)明BR可能通過(guò)促進(jìn)光反應(yīng)關(guān)鍵蛋白的合成或增加其活性來(lái)增加光合作用的強(qiáng)度。角度三結(jié)合科學(xué)思維及科學(xué)探究考查固定CO2的特殊途徑5.（2021·全國(guó)乙卷29題）生活在干旱地區(qū)的一些植物（如植物甲）具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開(kāi)吸收CO2，吸收的CO2通過(guò)生成蘋(píng)果酸儲(chǔ)存在液泡中；白天氣孔關(guān)閉，液泡中儲(chǔ)存的蘋(píng)果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）白天葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所有葉綠體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體。光合作用所需的CO2來(lái)源于蘋(píng)果酸脫羧和有氧呼吸釋放的CO2。（2）氣孔白天關(guān)閉、晚上打開(kāi)是這類植物適應(yīng)干旱環(huán)境的一種方式，這種方式既能防止蒸騰作用過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致植物失水，又能保證光合作用正常進(jìn)行。（3）若以pH作為檢測(cè)指標(biāo)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。（簡(jiǎn)要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果）答案：（3）實(shí)驗(yàn)思路：植物甲在干旱的環(huán)境條件下（其他條件適宜）培養(yǎng)一段時(shí)間，分別在白天和晚上測(cè)定植物甲液泡內(nèi)的pH，統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。預(yù)測(cè)結(jié)果：晚上的pH明顯低于白天。解析：（1）白天植物的葉肉細(xì)胞同時(shí)進(jìn)行光合作用和呼吸作用，光合作用過(guò)程中產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所是葉綠體，呼吸作用過(guò)程中產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體。據(jù)題干信息可知，白天儲(chǔ)存在液泡中的蘋(píng)果酸脫羧釋放出CO2用于光合作用，同時(shí)葉肉細(xì)胞也進(jìn)行有氧呼吸，有氧呼吸釋放出來(lái)的CO2也可用于光合作用。（2）干旱的環(huán)境中，白天氣孔關(guān)閉可以降低蒸騰作用，避免植物細(xì)胞過(guò)度失水；夜間氣孔打開(kāi)吸收CO2，通過(guò)生成蘋(píng)果酸儲(chǔ)存在液泡中，白天蘋(píng)果酸脫羧釋放的CO2為光合作用的進(jìn)行提供原料，保證了光合作用的正常進(jìn)行。（3）本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證“植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式”，根據(jù)題干信息“晚上氣孔打開(kāi)吸收CO2，吸收的CO2通過(guò)生成蘋(píng)果酸儲(chǔ)存在液泡中”推斷，蘋(píng)果酸的存在導(dǎo)致細(xì)胞液呈酸性，白天氣孔關(guān)閉，液泡中儲(chǔ)存的蘋(píng)果酸脫羧釋放CO2，蘋(píng)果酸分解釋放出CO2后，使得細(xì)胞液的pH升高或趨向于呈中性，則實(shí)驗(yàn)的自變量為時(shí)間，因變量是細(xì)胞液的pH，可通過(guò)檢測(cè)白天和夜晚的葉肉細(xì)胞中細(xì)胞液的pH驗(yàn)證其CO2固定方式。6.（2021·遼寧高考22題）早期地球大氣中的O2濃度很低，到了大約3.5億年前，大氣中O2濃度顯著增加，CO2濃度明顯下降?，F(xiàn)在大氣中的CO2濃度約390μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是一種催化CO2固定的酶，在低濃度CO2條件下，催化效率低。有些植物在進(jìn)化過(guò)程中形成了CO2濃縮機(jī)制，極大地提高了Rubisco所在局部空間位置的CO2濃度，促進(jìn)了CO2的固定。回答下列問(wèn)題：（1）真核細(xì)胞葉綠體中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成三碳化合物，進(jìn)而被還原生成糖類，此過(guò)程發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中。（2）海水中的無(wú)機(jī)碳主要以CO2和HCO3－兩種形式存在，水體中CO2濃度低、擴(kuò)散速度慢，有些藻類具有圖1所示的無(wú)機(jī)碳濃縮過(guò)程，圖中HCO3－濃度最高的場(chǎng)所是葉綠體（填“細(xì)胞外”“細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)”或“葉綠體”），可為圖示過(guò)程提供ATP的生理過(guò)程有（3）某些植物還有另一種CO2濃縮機(jī)制，部分過(guò)程見(jiàn)圖2。在葉肉細(xì)胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可將HCO3－轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，該有機(jī)物經(jīng)過(guò)一系列的變化，最終進(jìn)入相鄰的維管束鞘細(xì)胞釋放CO2，提高了Rubisco附近的CO①由這種CO2濃縮機(jī)制可以推測(cè)，PEPC與無(wú)機(jī)碳的親和力高于（填“高于”“低于”或“等于”）Rubisco。②圖2所示的物質(zhì)中，可由光合作用光反應(yīng)提供的是NADPH和ATP。圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過(guò)程屬于吸能反應(yīng)（填“吸能反應(yīng)”或“放能反應(yīng)”）。③若要通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證某植物在上述CO2濃縮機(jī)制中碳的轉(zhuǎn)變過(guò)程及相應(yīng)場(chǎng)所，可以使用同位素示蹤技術(shù)。（4）通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)或蛋白質(zhì)工程技術(shù)，可能進(jìn)一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有AC。A.改造植物的HCO3－轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，增強(qiáng)HCB.改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成C.改造植物Rubisco基因，增強(qiáng)CO2固定能力D.將CO2濃縮機(jī)制相關(guān)基因轉(zhuǎn)入不具備此機(jī)制的植物解析：（1）光合作用的暗反應(yīng)中，CO2被固定形成三碳化合物，進(jìn)而被還原生成糖類，此過(guò)程發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中。（2）圖示可知，HCO3－運(yùn)輸需要消耗ATP，說(shuō)明HCO3－離子是通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)?，主?dòng)運(yùn)輸一般是逆濃度運(yùn)輸，由此推斷圖中HCO3－濃度最高的場(chǎng)所是葉綠體。該過(guò)程中細(xì)胞質(zhì)中需要的ATP由呼吸作用提供，葉綠體中的ATP由光合作用提供。（3）①PEPC參與催化HCO3－＋PEP過(guò)程，說(shuō)明PEPC與無(wú)機(jī)碳的親和力高于Rubisco。②圖2所示的物質(zhì)中，可由光合作用光反應(yīng)提供的是ATP和NADPH，圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過(guò)程需要消耗ATP，說(shuō)明圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過(guò)程屬于吸能反應(yīng)。③若要通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證某植物在上述CO2濃縮機(jī)制中碳的轉(zhuǎn)變過(guò)程及相應(yīng)場(chǎng)所，可以使用同位素示蹤技術(shù)。（4）改造植物的HCO3－轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，增強(qiáng)HCO3－的運(yùn)輸能力，可以提高植物光合作用的效率，A符合題意；改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成，不利于最終二氧化碳的生成，不能提高植物光合作用的效率，B不符合題意；改造植物的Rubisco基因，增強(qiáng)CO2固定能力，可以提高植物光合作用的效率，（1）白天馬齒莧屬植物氣孔關(guān)閉，仍能進(jìn)行光合作用。 （2021·河北卷）（√）（2）某同學(xué)將一株生長(zhǎng)正常的小麥置于密閉容器中，在適宜且恒定的溫度和光照條件下培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)容器內(nèi)CO2含量初期逐漸降低，之后保持相對(duì)穩(wěn)定。關(guān)于這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，其中解釋合理的是初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率。 （2022·全國(guó)乙卷）（×）（3）將某植物葉片分離得到的葉綠體，分別置于含不同蔗糖濃度的反應(yīng)介質(zhì)溶液中，測(cè)量其光合速率，其中測(cè)得的該植物葉片的光合速率小于該葉片分離得到的葉綠體的光合速率。 （浙江經(jīng)典高考題）（√）（4）通常，對(duì)于一個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可根據(jù)水體中含氧量的變化計(jì)算出生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的總初級(jí)生產(chǎn)量（生產(chǎn)者所制造的有機(jī)物總量）。若要測(cè)定某一水生生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的總初級(jí)生產(chǎn)量，可在該水生生態(tài)系統(tǒng)中的某一水深處取水樣，將水樣分成三等份，一份直接測(cè)定O2含量（A）；另兩份分別裝入不透光（甲）和透光（乙）的兩個(gè)玻璃瓶中，密閉后放回取樣處，若干小時(shí)后測(cè)定甲瓶中的O2含量（B）和乙瓶中的O2含量（C）。據(jù)此回答下列問(wèn)題。在甲、乙瓶中生產(chǎn)者呼吸作用相同且瓶中只有生產(chǎn)者的條件下，本實(shí)驗(yàn)中C與A的差值表示這段時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)者凈光合作用的放氧量；C與B的差值表示這段時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)者光合作用的總放氧量；A與B的差值表示這段時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)者呼吸作用的耗氧量。 （經(jīng)典高考題）一、選擇題1.（2024·山東德州?？迹┕夂献饔煤图?xì)胞呼吸是植物體的兩個(gè)重要生理活動(dòng)，下列關(guān)于植物光合作用和細(xì)胞呼吸的敘述錯(cuò)誤的是（）A.適宜的光照下，葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體中都有ATP合成B.無(wú)氧呼吸釋放的能量大部分以熱能散失，其余儲(chǔ)存在ATP中C.用H218O培養(yǎng)小球藻，一段時(shí)間后可在其產(chǎn)生的糖類和氧氣中檢測(cè)到D.研究馬鈴薯塊莖細(xì)胞消耗O2量和生成CO2量的比值可確定呼吸方式解析：D適宜的光照下，光合作用速率大于呼吸作用速率，細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸，則葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體中都有ATP合成，A正確。無(wú)氧呼吸釋放的能量大部分以熱能散失，其余儲(chǔ)存在ATP中，B正確。用H218O培養(yǎng)小球藻，在葉綠體中進(jìn)行光合作用，進(jìn)行水的光解形成氧氣和NADPH，則最先檢測(cè)到含有18O的產(chǎn)物是氧氣；H218O參與呼吸作用，18O轉(zhuǎn)移到二氧化碳中，C18O2再參與光合作用，18O轉(zhuǎn)移到糖類中，C正確。馬鈴薯塊莖進(jìn)行無(wú)氧呼吸不消耗氧氣，也不產(chǎn)生二氧化碳，有氧呼吸消耗的氧氣量和產(chǎn)生的二氧化碳量相等，所以不能通過(guò)研究馬鈴薯塊莖細(xì)胞消耗O2量和生成CO22.（2024·河北衡水模擬）如圖為某植物葉肉細(xì)胞中與細(xì)胞能量代謝有關(guān)的兩種膜結(jié)構(gòu)及其所發(fā)生的部分生理過(guò)程。下列相關(guān)敘述正確的是（）A.圖1和圖2分別為線粒體和葉綠體的內(nèi)膜B.兩種膜產(chǎn)生的ATP可用于生物的各項(xiàng)生命活動(dòng)C.當(dāng)圖2膜兩側(cè)的H＋濃度梯度突然消失時(shí)，短時(shí)間內(nèi)C3/C5會(huì)增加D.當(dāng)葉肉細(xì)胞中兩種膜結(jié)構(gòu)消耗與產(chǎn)生的O2量相等時(shí)，該植物體的凈光合速率等于零解析：C圖1生物膜上[H]與氧氣結(jié)合生成了水，屬于有氧呼吸第三階段，因此該生物膜為線粒體內(nèi)膜，圖2生物膜吸收了光能，生成了氧氣，屬于光合作用的光反應(yīng)階段，因此該生物膜為葉綠體的類囊體薄膜，A錯(cuò)誤；類囊體薄膜產(chǎn)生的ATP只能用于暗反應(yīng)階段三碳化合物的還原，B錯(cuò)誤；當(dāng)圖2膜兩側(cè)的H＋濃度梯度突然消失時(shí)，ATP合成會(huì)受阻，保持其他條件不變，這樣C3的還原將減慢，則短時(shí)間內(nèi)C3量增加，C5量減少，因此兩者的比值會(huì)增加，C正確；若兩種膜結(jié)構(gòu)消耗與產(chǎn)生的O2量相等時(shí)，則葉肉細(xì)胞的凈光合速率等于零，但是植物體還有一大部分細(xì)胞不能進(jìn)行光合作用，所以植物體的凈光合速率小于零，D錯(cuò)誤。3.（2024·遼寧大連模擬）如圖表示葉面積指數(shù)與光合產(chǎn)物實(shí)際量、呼吸量等的關(guān)系（葉面積指數(shù)是指植物單位面積中葉面積的數(shù)量，此數(shù)量越大，表示葉片交叉程度越大）。圖中曲線1、2、3及D點(diǎn)的生物學(xué)意義依次表示（）A.光合作用實(shí)際量、呼吸作用量、干物質(zhì)量；植物的凈光合作用等于零B.光合作用實(shí)際量、干物質(zhì)量、呼吸作用量；植物的凈光合作用等于零C.干物質(zhì)量、光合作用實(shí)際量、呼吸作用量；植物的凈葉面積指數(shù)光合作用大于零D.呼吸作用量、光合作用實(shí)際量、干物質(zhì)量；植物的凈光合作用小于零解析：B植物正常生長(zhǎng)，總光合量要大于呼吸量。隨葉面積指數(shù)增大，葉片交叉程度越大，呼吸量越大，凈光合作用越小，到一定程度，光合作用強(qiáng)度與呼吸作用強(qiáng)度相等，凈光合作用等于零。因此曲線1是總光合量（光合作用實(shí)際量），曲線3是呼吸量，曲線2是干物質(zhì)量（即凈光合量，是總光合量與呼吸量之差），D點(diǎn)代表植物的凈光合量等于零，B正確。4.科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到，正在進(jìn)行光合作用的葉片突然停止光照后，短時(shí)間內(nèi)會(huì)釋放出大量的CO2，這一現(xiàn)象被稱為“CO2的猝發(fā)”。下圖為適宜條件下某植物葉片遮光前CO2吸收速率和遮光后CO2釋放速率隨時(shí)間變化的曲線，圖中CO2吸收或釋放速率是指單位面積葉片在單位時(shí)間內(nèi)吸收或釋放CO2的量，單位：μmol·m－2·s－1。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.突然遮光，短時(shí)間內(nèi)葉綠體中C3的含量會(huì)上升B.光照條件下該植物產(chǎn)生CO2的途徑不只有細(xì)胞呼吸C.若降低光照強(qiáng)度，則圖形A的面積變小D.該植物在光照條件下葉綠體固定CO2的速率為10μmol·m－2·s－1解析：D突然遮光，光反應(yīng)產(chǎn)物ATP和NADPH減少，C3的還原減弱，短時(shí)間內(nèi)CO2固定速率不變，故C3的含量會(huì)上升，A正確；停止光照后，光反應(yīng)立即停止，短時(shí)間內(nèi)會(huì)釋放出大量的CO2，這一現(xiàn)象被稱為“CO2的猝發(fā)”，并且超過(guò)了黑暗條件下的呼吸作用，說(shuō)明光照條件下該植物產(chǎn)生CO2的途徑不只有細(xì)胞呼吸，B正確；若降低光照強(qiáng)度，光合作用減弱，圖形A面積會(huì)變小，C正確；計(jì)算該植物在光照條件下葉綠體固定CO2的速率時(shí)，應(yīng)該加上釋放CO2速率，所以該植物在光照條件下葉綠體固定CO2的速率為7＋3＝10（μmol·m－2·s－1），但若遮光（完全黑暗）后，再立即給予光照，由于“CO2的猝發(fā)”，CO2的釋放速率為5，則該植物在光照條件下葉綠體固定CO2的速率為7＋5＝12（μmol·m－2·s－1），D錯(cuò)誤。5.利用氣壓瓶法研究光合作用和呼吸作用速率以及有氧呼吸和無(wú)氧呼吸方式判定，下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程與方法不正確的是（）A.利用甲裝置測(cè)綠色植物的呼吸速率，應(yīng)將裝置黑暗處理，紅色液滴左移代表耗氧量B.要進(jìn)行綠色植物細(xì)胞呼吸方式的判定，除黑暗處理的甲裝置外，另設(shè)一組將NaOH溶液換為等量的清水的對(duì)照裝置，其余條件同甲裝置相同C.將乙裝置照光后紅色液滴右移代表氧氣釋放量，測(cè)出的是植物的總光合作用速率D.測(cè)定呼吸速率和凈光合速率時(shí)，如需消除物理誤差可通過(guò)設(shè)置放入死亡的植物的對(duì)照組來(lái)實(shí)現(xiàn)解析：C利用甲裝置測(cè)綠色植物的呼吸速率，應(yīng)將裝置黑暗處理，可以避免光合作用產(chǎn)生的氧氣對(duì)呼吸速率的干擾，因此若利用甲裝置測(cè)綠色植物的呼吸速率，需要將裝置黑暗處理，紅色液滴左移代表耗氧量，A正確；要進(jìn)行綠色植物細(xì)胞呼吸方式的判定，除黑暗處理的甲裝置外，另設(shè)一組將NaOH溶液換為等量的清水的對(duì)照裝置，其余條件同甲裝置相同，這樣可以一組測(cè)有氧呼吸，另一組測(cè)無(wú)氧呼吸，B正確；將乙裝置照光后紅色液滴右移代表氧氣釋放量，測(cè)出的是植物釋放的氧氣，因此，測(cè)出的是植物的凈光合作用速率，C錯(cuò)誤；測(cè)定呼吸速率和凈光合速率時(shí)，如需消除物理誤差可通過(guò)設(shè)置放入死亡的植物的對(duì)照組來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，減小誤差，D正確。6.（2024·安徽蚌埠模擬）仙人掌等多肉植物生長(zhǎng)于熱帶干旱地區(qū)，這些植物經(jīng)長(zhǎng)期適應(yīng)和進(jìn)化，發(fā)展出特殊的固定二氧化碳的方式——景天酸代謝途徑（如圖）。下列相關(guān)說(shuō)法不正確的是（）A.晚上氣孔開(kāi)放，CO2被PEP固定為OAA再被還原成蘋(píng)果酸貯存到液泡中B.白天這些多肉植物通過(guò)光反應(yīng)可生成NADPH和ATPC.白天氣孔關(guān)閉，暗反應(yīng)固定的CO2均來(lái)自細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的蘋(píng)果酸直接脫羧D.采用景天酸代謝途徑可防止仙人掌等多肉植物在白天大量散失水分解析：C分析圖形可知，晚上氣孔開(kāi)放，CO2被PEP固定為OAA再被還原成蘋(píng)果酸儲(chǔ)存到液泡中，A正確；白天這些多肉植物通過(guò)光反應(yīng)可生成NADPH和ATP，提供給暗反應(yīng)，B正確；白天氣孔關(guān)閉，暗反應(yīng)固定的CO2來(lái)自細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的蘋(píng)果酸直接脫羧和線粒體細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2，C錯(cuò)誤；采用景天酸代謝途徑可防止仙人掌等多肉植物在白天大量散失水分，有利于在沙漠中生存，D正確。7.（2024·山東威海模擬）藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞能通過(guò)產(chǎn)生的一組特殊蛋白質(zhì)將CO2濃縮在Rubisco酶（固定CO2的關(guān)鍵酶）周?chē)?。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）A.Rubisco酶是在藍(lán)細(xì)菌的核糖體上合成的B.藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞中含有DNA和RNA，其DNA主要位于擬核中