专题二 作业（六）光呼吸与C4植物的光合作用

专题二作业（六）光呼吸与C4植物的光合作用一、选择题1．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的途径如图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco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转入维管束鞘细胞解析：选B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；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Rubisco酶，故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用，B错误；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，因此该条件下C4植物可能比C3植物生长得好，C正确；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。2．(2023·广州月考)景天科植物的叶子有一种很特殊的CO2同化方式：夜间气孔开放，吸收的CO2生成苹果酸(一种有机酸)储存在液泡中，白天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用，其部分代谢途径如图所示。下列有关分析错误的是()A．景天科植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于苹果酸的分解B．由景天科植物特殊的CO2同化方式推测其可能生活在高温干旱地区C．如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变D．白天景天科植物叶肉细胞内有机酸和葡萄糖的含量变化趋势可能相反解析：选A景天科植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于苹果酸脱羧作用和呼吸作用，A错误；由景天科植物特殊的CO2同化方式推测其可能生活在高温干旱地区，白天高温干旱条件下气孔关闭，但其液泡中储存的苹果酸可以分解提供CO2，能保证暗反应正常进行，不影响光合作用过程，B正确；景天科植物白天气孔关闭，如果白天适当提高CO2浓度，基本不会对其造成影响，光合作用速率基本不变，C正确；白天景天科植物叶肉细胞内有机酸(包含苹果酸)分解使其含量降低，光合作用产生葡萄糖使其含量增加，D正确。3．(2023·深圳期末)光合作用暗反应过程中，CO2与RuBP在Rubisco酶的催化下生成3­磷酸甘油酸。O2与CO2竞争性结合RuBP，O2与RuBP反应后生成磷酸乙醇酸，最终释放CO2，该过程称为光呼吸。正在进行光合作用的绿色植物叶片在光照停止后，CO2释放量突然增加，称为“二氧化碳的猝发”。下列说法正确的是()A．光照过强气孔关闭，若植物呼吸强度不变，则CO2的产生量减少B．光呼吸会消耗有机物，对植物生长不利，应该抑制C．突然停止光照，磷酸乙醇酸的生成量增加D．O2与RuBP反应的过程必须在光下进行解析：选D光照过强气孔关闭，O2与RuBP反应后释放CO2，若此时植物呼吸强度不变，则CO2的产生量增多，A错误；光合作用中光反应的产物是ATP、NADPH和O2，产物的过度积累不利于光合作用的进行，光呼吸可以消耗强光下的产物ATP、NADPH和O2，又可防止强光下气孔关闭导致的二氧化碳的吸收减少，避免了细胞间隙CO2浓度过度降低的现象发生，这在一定程度上起到保护光合色素免受强光破坏的作用，对植物生长有利，B错误；根据题干信息可知，正在进行光合作用的绿色植物叶片在光照停止后，CO2释放量突然增加，O2结合RuBP的概率减小，因此磷酸乙醇酸的生成量减少，C错误；O2与RuBP的反应发生在有光的条件下，D正确。4．(2023·郑州模拟)研究发现绿萝的“光呼吸”可以消耗O2、ATP、NADPH，将部分C5分解并释放CO2(如下图①→③→④)。图中催化①和②过程的是同一种酶，CO2和O2会竞争此酶的同一活性位点。下列相关叙述错误的是()A．光呼吸和有氧呼吸的场所不同，进行的环境条件相同B．光合作用与光呼吸都利用了C5为原料，产物不同C．光合作用中C5可以再生，而光呼吸中C5不能再生D．适当降低环境中O2浓度或升高CO2的浓度，均可抑制光呼吸解析：选A据图分析可知，光呼吸的场所包含线粒体和叶绿体，光呼吸和有氧呼吸的场所不同，二者进行的环境条件不相同，在光照条件下，CO2浓度降低，O2浓度增高时光呼吸才进行，A错误；据图分析，光呼吸和光合作用都能利用的物质是C5，光合作用的暗反应阶段CO2与该物质结合而固定成C3，光呼吸中O2与该物质结合生成磷酸乙醇酸，B正确；光合作用中C5可以通过C3的还原再生，通过CO2的固定消耗，而光呼吸中C5一旦消耗不能再生，C正确；催化①和②过程的是同一种酶，CO2和O2会竞争此酶的同一活性位点，O2与该酶结合时会进行光呼吸，所以适当降低环境中O2浓度或升高CO2的浓度，均可有效抑制光呼吸，D正确。5．(2023·扬州模拟)光呼吸是绿色植物在光照和高氧低二氧化碳情况下，与光合作用同时发生的一个损耗能量的副反应。下图为某植物体内光合作用和光呼吸的示意图，下列有关叙述不正确的是()A．由图可知，参与光呼吸的细胞器是过氧化物酶体、线粒体和叶绿体B．消耗等量的C5，光呼吸存在时，叶绿体内C3酸的合成量减少C．高O2环境中，C2和C6H12O6均可在线粒体内被彻底分解成CO2和H2OD．夏季中午，植物气孔关闭时，可通过光呼吸产生的CO2进行光合作用解析：选C光呼吸过程中，C5与O2在叶绿体中结合生成C3酸和C2，故参与光呼吸的细胞器是过氧化物酶体、线粒体和叶绿体，A正确；消耗等量的C5，光呼吸存在时，一部分C5与O2结合生成C3酸和C2，故叶绿体内C3酸的合成量减少，B正确；线粒体不能分解葡萄糖，C错误；气孔关闭导致植物吸收CO2减少，光呼吸增强，光呼吸产生的CO2可用于光合作用，D正确。6．高温干旱环境中生长的景天科植物，黑暗条件下气孔打开，吸收CO2生成苹果酸并储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用。为验证仙人掌在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式，取生长状态相同的仙人掌若干株随机均分为两组，在相同且适宜条件下进行不同处理，下列分析错误的是()A．一组在湿度适宜的环境培养，另一组在干旱环境中培养B．干旱环境中，黑暗条件下液泡中因储存较多苹果酸，使细胞液pH下降C．分别测定两组仙人掌夜晚同一时间液泡中的pH，并计算每组平均值D．预期湿度适宜组的pH平均值低于干旱处理组的pH平均值解析：选D该实验是为了验证仙人掌在干旱环境中存在的特殊的CO2固定方式，因此需要把干旱和湿度适宜的环境中CO2的固定方式进行对比，A正确；干旱时，黑暗条件下苹果酸在液泡中储存，使细胞液pH下降，B正确；景天科植物特殊的CO2固定方式是夜间吸收CO2生成苹果酸并储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用，因此需要通过测定两组仙人掌夜晚同一时间液泡中的pH，以此来确定仙人掌是否存在特殊的CO2固定方式，C正确；干旱环境中，黑暗条件下液泡中因储存较多苹果酸，使pH下降，所以，预期湿度适宜组的pH平均值会高于干旱处理组的pH平均值，D错误。二、非选择题7．(2022·江苏高考)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①～⑦表示代谢途径)。Rubisco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。请据图回答下列问题：(1)图Ⅰ中，类囊体膜直接参与的代谢途径有____________(从①～⑦中选填)，在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是________________________________________________________________________。(2)在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的____________在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。(3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化，获得曲线a、b(图Ⅱ)。①曲线a,0～t1时段(没有光照，只进行呼吸作用)释放的CO2源于细胞呼吸；t1～t2时段，CO2的释放速度有所增加，此阶段的CO2源于____________________________。②曲线b，当时间到达t2点后，室内CO2浓度不再改变，其原因是____________________。(4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图Ⅲ代谢途径，通过____________________降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的____________价值。解析：(1)类囊体膜上发生的反应有水光解产生H＋和O2，以及ATP和NADPH的形成，即①⑥。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿素主要有叶绿素a和叶绿素b两种；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用红光照射参与反应的主要色素是叶绿素a和叶绿素b。(2)过氧化氢酶能催化过氧化氢分解为O2和H2O，所以在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。(3)①曲线a,0～t1时段没有光照，所以CO2由细胞呼吸产生；t1～t2时段，有光照，所以CO2是由细胞呼吸和光呼吸共同产生。②曲线b有光照后，t1～t2时段，室内CO2浓度下降，到达t2点后不再改变，说明光呼吸、细胞呼吸和光合作用达到了平衡。(4)图Ⅲ代谢途径，通过将乙醇酸转化为苹果酸降低了光呼吸，提高了植株生物量，直接增加了流入生态系统的能量，体现了遗传多样性的直接价值。答案：(1)①⑥叶绿素a和叶绿素b(2)过氧化氢(3)①光呼吸和细胞呼吸②光合作用强度等于细胞呼吸强度和光呼吸强度之和(4)将乙醇酸转化为苹果酸直接8．有些植物光合作用时CO2被固定的最初产物是C3，这些植物叫C3植物；而有些生活在热带干旱地区的植物，其在夜间气孔开放时，CO2被转化成苹果酸储存在液泡中，在白天气孔关闭时，液泡中的苹果酸会释放出CO2，进而在叶绿体中完成卡尔文循环，这些植物叫CAM植物。请回答下列问题：(1)在C3植物的叶绿体中，CO2被________固定成C3，C3再接受____________的能量被还原成糖类，后者所需的能量来自________(填场所)。(2)如图是CAM植物在进行光合作用时固定CO2的方式，据图判断，苹果酸进入液泡和细胞质基质的物质运输方式分别为____________________________。CAM植物在白天光合作用所需CO2的来源有苹果酸脱羧和____________；在夜间气孔开放时，CAM植物可以合成[H]，原因是__________________________________。注：PEP为磷酸烯醇式丙酮酸。(3)植物甲是一种兼性CAM植物，当在干旱的环境时，表现为气孔夜间开放，白天关闭的CAM类型，当在水分充足的环境时，则转变为气孔白天开放，夜间关闭的C3类型。若以液泡pH的变化为检测指标，请设计实验验证植物甲是兼性CAM植物，简要写出实验思路和预期结果。实验思路：______________________________________________________________________________________________________________；预期结果：______________________________________________________________。解析：(1)在C3植物的叶绿体中，CO2被C5固定成C3，C3再接受ATP、NADPH的能量被还原成糖类，该过程所需能量来自光反应，光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜。(2)夜晚苹果酸从细胞质基质中向液泡内的运输是逆浓度梯度运输，需要消耗ATP水解产生的能量且需要载体，该过程为主动运输，液泡中的苹果酸浓度大于白天气孔关闭时细胞质基质中的苹果酸浓度，白天苹果酸从液泡到细胞质基质的运输不消耗能量，其运输方式是协助扩散。CAM植物白天光合作用所需CO2的来源有苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2；无论白天还是夜间，植物细胞都可以通过有氧呼吸的第一、二