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热点练4　光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型
【精准强化】
1.(2024·广东四校联考)下图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径，研究表明，磷酸丙糖转移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素，CO2充足时，TPT活性降低。下列有关叙述错误的是 (　　)
A.Pi输入叶绿体减少时，磷酸丙糖从叶绿体输出减少
B.暗反应中磷酸丙糖的合成需要消耗光反应产生的ATP
C.叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的
D.农业生产上可通过增加CO2浓度来提高作物中蔗糖的含量
2.(2024·湖北七市联考)糖酵解时可产生还原型高能化合物NADH，在有氧条件下，电子由电子载体所组成的电子传递链传递，最终被O2氧化。如图为真核细胞呼吸过程中电子传递链和氧化磷酸化过程。下列说法错误的是(　　)
A.H＋由线粒体基质进入线粒体膜间隙时，需要载体蛋白的协助
B.有氧呼吸过程中，在线粒体内膜产生H2O
C.电子传递链对线粒体内膜两侧H＋梯度的形成起抑制作用
D.H＋在跨膜运输进入线粒体基质的过程中部分能量转移到ATP中储存
3.(2024·河北衡水调研)图1为线粒体内膜上发生的H＋转运和ATP合成过程，图2为光合作用光合磷酸化过程，①～⑤表示过程，⑥～⑧表示结构。下列叙述错误的是(　　)
A.①、②、③、⑤都表示H＋的跨膜运输过程，其中①、③属于主动运输
B.图1中的NADH来自丙酮酸、酒精或者乳酸的分解
C.P680和P700含有光合色素，具有吸收、传递、转化光能的作用
D.ATP的合成与H＋的顺浓度梯度跨膜运输有关
4.(2024·广东珠海调研)光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和O2/CO2值异常的情况下发生的一个生理过程，该过程借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成(如图所示)，是光合作用伴随的一个损耗能量的副反应。光呼吸过程中会消耗O2，并且生成CO2。光呼吸损耗的能量大约是光合作用储备能量的30%。回答下列问题：
(1)“Rubisco”可能是一种双功能酶，结合上图加以说明：______________________
_____________________________________________________________________。
若植物光合作用过程中的光呼吸强度大于光合作用强度，推测此时的O2/CO2值________(填“高”或“低”)，在该比值情况下，葡萄糖的生成量会减少，原因是____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)据图可知，光合作用与光呼吸都利用了________为原料，光呼吸发生的场所是______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)光呼吸与有氧呼吸都冠以“呼吸”二字，二者的“共同”之处表现在______________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
(4)利用塑料大棚种植瓜果蔬菜时，从增产的角度考虑，可以采取的措施有______________________________________________________________________
________________________________________________________(答出两点)。
5.(2024·广东七校联考)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，其过程如下图所示。科学家采用基因工程获得了酶A缺陷型的水稻突变株，在不同条件下检测突变株与野生型水稻植株的生长情况与物质含量，实验结果如下表所示。请回答：
0.5%CO2 0.03%CO2 0.03%CO2 0.03%CO2
指标 平均株高/cm 平均株高/cm 乙醇酸含量/ (ug·g－1叶重) 乙醛酸含量/ (ug·g－1叶重)
突变体 42 24 1 137 1
野生型 43 42 1 1
(1)根据不同条件下植株的生长状况差异，可以推测该突变体在____________(场所)进行的________(生理过程)效率降低。
(2)利用有机物的溶解度差异，采用________法可以将乙醇酸与其他有机物分离。分析物质含量与变化，推测酶A具有____________________的功能。
(3)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____________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)已知大气中CO2含量约为0.03%，参考题干信息，分析自然状态下突变株长势不如野生型的原因是__________________________________________________
____________________________________________________________________。
(5)水稻光呼吸过程需要额外消耗能量，降低净光合效率，但在进化过程中得以长期保留，其对植物的意义是______________________________________________
____________________________________________________________________。
6.(2024·广东佛山调研)20世纪60年代，科学家发现有些起源于热带的植物如甘蔗、玉米等，除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3)，简称C3途径]外，还存在另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物是四碳化合物(C4)，简称C4途径，这种植物被称为C4植物，其光合作用过程如图所示。研究发现C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍。请回答下列问题：
(1)在C4植物光合作用中，CO2中的碳转化成有机物(CH2O)中碳的转移途径是____________________________(利用箭头符号表示)，维管束鞘细胞内的CO2浓度比叶肉细胞内________(填“高”或“低”)。
(2)甲、乙两种植物光合速率与CO2浓度的关系如图。请据图分析，植物________更可能是C4植物，作出此判断的依据是___________________________________。
(3)Rubisco是一种双功能酶，当CO2/O2的值高时，可催化C5固定CO2合成有机物；当CO2/O2的值低时，可催化C5结合O2发生氧化分解，消耗有机物，此过程称为光呼吸，结合题意分析，在炎热干旱环境中，C4植物的生长一般明显优于C3植物的原因是___________________________________________________
__________________________________________________________________。
(4)水稻是世界上最重要的粮食作物。目前，科学家正在研究如何利用转基因技术将“C4途径”转移到水稻中去，这项研究的意义是_________________________
_____________________________________________________________________。热点微练4　光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型
(时间：30分钟)
【精准强化】
1.(2024·广东四校联考)下图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径，研究表明，磷酸丙糖转移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素，CO2充足时，TPT活性降低。下列有关叙述错误的是 (　　)
A.Pi输入叶绿体减少时，磷酸丙糖从叶绿体输出减少
B.暗反应中磷酸丙糖的合成需要消耗光反应产生的ATP
C.叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的
D.农业生产上可通过增加CO2浓度来提高作物中蔗糖的含量
答案　D
解析　据图示信息，磷酸丙糖通过TPT从叶绿体输出的同时伴随着Pi进入叶绿体，因此Pi输入叶绿体减少，说明磷酸丙糖从叶绿体中的输出过程受阻，即输出减少，A正确；光反应产生的ATP能用于暗反应中C3的还原过程，由图示可知，该过程能合成磷酸丙糖，B正确；由图示可知，叶肉细胞的光合产物磷酸丙糖会在细胞质基质中用于合成蔗糖，然后以蔗糖形式运出细胞，C正确；根据题意可知，CO2充足时，TPT活性降低，则磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖的过程会受到影响，作物中淀粉含量会上升，而蔗糖含量下降，D错误。
2.(2024·湖北七市联考)糖酵解时可产生还原型高能化合物NADH，在有氧条件下，电子由电子载体所组成的电子传递链传递，最终被O2氧化。如图为真核细胞呼吸过程中电子传递链和氧化磷酸化过程。下列说法错误的是(　　)
A.H＋由线粒体基质进入线粒体膜间隙时，需要载体蛋白的协助
B.有氧呼吸过程中，在线粒体内膜产生H2O
C.电子传递链对线粒体内膜两侧H＋梯度的形成起抑制作用
D.H＋在跨膜运输进入线粒体基质的过程中部分能量转移到ATP中储存
答案　C
解析　分析题图可知，H＋由线粒体基质进入线粒体膜间隙需要载体蛋白的协助，A正确；在有氧呼吸第三阶段，前两个阶段产生的[H]，经过一系列的化学反应，与O2结合生成水，场所为线粒体内膜，B正确；分析题图可知，电子传递链对线粒体内膜两侧H＋梯度的形成起促进作用，C错误；分析题图，NADH中的能量变为H＋的电化学势能，再通过H＋向膜内跨膜运输变为ATP中的能量，即H＋在跨膜运输进入线粒体基质的过程中部分能量转移到ATP中储存，D正确。
3.(2024·河北衡水调研)图1为线粒体内膜上发生的H＋转运和ATP合成过程，图2为光合作用光合磷酸化过程，①～⑤表示过程，⑥～⑧表示结构。下列叙述错误的是(　　)
A.①、②、③、⑤都表示H＋的跨膜运输过程，其中①、③属于主动运输
B.图1中的NADH来自丙酮酸、酒精或者乳酸的分解
C.P680和P700含有光合色素，具有吸收、传递、转化光能的作用
D.ATP的合成与H＋的顺浓度梯度跨膜运输有关
答案　B
解析　据图分析，图1所示过程发生在线粒体内膜，图2所示过程是光反应过程；主动运输是逆浓度梯度进行的，且需要消耗能量，①、②、③、⑤都表示H＋的跨膜运输过程，其中①、③属于主动运输，A正确；图1中的NADH来自葡萄糖的分解以及丙酮酸和水的分解，B错误；P680和P700含有光合色素，光合色素可吸收、传递、转化光能，C正确；由图可知，ATP的合成与H＋的顺浓度梯度跨膜运输有关，D正确。
4.(2024·广东珠海调研)光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和O2/CO2值异常的情况下发生的一个生理过程，该过程借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成(如图所示)，是光合作用伴随的一个损耗能量的副反应。光呼吸过程中会消耗O2，并且生成CO2。光呼吸损耗的能量大约是光合作用储备能量的30%。回答下列问题：
(1)“Rubisco”可能是一种双功能酶，结合上图加以说明：_____________________
____________________________________________________________________。
若植物光合作用过程中的光呼吸强度大于光合作用强度，推测此时的O2/CO2值________(填“高”或“低”)，在该比值情况下，葡萄糖的生成量会减少，原因是__________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)据图可知，光合作用与光呼吸都利用了________为原料，光呼吸发生的场所是
_____________________________________________________________________。
(3)光呼吸与有氧呼吸都冠以“呼吸”二字，二者的“共同”之处表现在
_____________________________________________________________________。
(4)利用塑料大棚种植瓜果蔬菜时，从增产的角度考虑，可以采取的措施有
___________________________________________________________(答出两点)。
答案　(1)该酶既能催化物质C5和CO2反应，也能催化物质C5和O2反应　高　O2浓度升高时，O2与C5结合增多，减少了暗反应过程中C3化合物的含量，使得暗反应速率下降，葡萄糖生成量减少
(2)C5(或五碳化合物)　叶绿体基质和线粒体
(3)光呼吸过程与有氧呼吸过程都消耗O2并生成CO2
(4)提高塑料大棚内CO2的浓度；适当提高光照强度；夜间降低温度，减少细胞呼吸消耗；降低光呼吸过程(答出两点即可)
5.(2024·广东七校联考)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，其过程如下图所示。科学家采用基因工程获得了酶A缺陷型的水稻突变株，在不同条件下检测突变株与野生型水稻植株的生长情况与物质含量，实验结果如下表所示。请回答：
0.5% CO2 0.03% CO2 0.03% CO2 0.03% CO2
指标 平均株高/cm 平均株高/cm 乙醇酸含量/(ug·g－1叶重) 乙醛酸含量/(ug·g－1叶重)
突变体 42 24 1 137 1
野生型 43 42 1 1
(1)根据不同条件下植株的生长状况差异，可以推测该突变体在____________(场所)进行的________(生理过程)效率降低。
(2)利用有机物的溶解度差异，采用________法可以将乙醇酸与其他有机物分离。分析物质含量与变化，推测酶A具有____________________的功能。
(3)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__________________________________________________。
(4)已知大气中CO2含量约为0.03%，参考题干信息，分析自然状态下突变株长势不如野生型的原因是__________________________________________________。
(5)水稻光呼吸过程需要额外消耗能量，降低净光合效率，但在进化过程中得以长期保留，其对植物的意义是_____________________________________________
_____________________________________________________________________。
答案　(1)叶绿体基质　暗反应　(2)(纸)层析　催化乙醇酸生成乙醛酸　(3)光照停止，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　(4)突变株因酶A缺陷，乙醇酸无法转变为C3，C5生成受阻，自然状态下CO2含量较低，固定效率较低，积累有机物较少，长势不如野生型　
(5)消耗过剩的ATP和NADPH，减少对细胞的损害，补充部分CO2
解析　(1)光呼吸氧化的有机物质(即呼吸底物)为乙醇酸。根据表中数据看出，与野生型相比，突变型乙醇酸累积过多，没有全部转换为乙醛酸，原因可能是暗反应过程中，C3与C5转换物质的过程速率减慢，造成乙醇酸消耗量降低，这一过程发生在叶绿体基质中。(2)利用有机物的溶解度差异，可采用纸层析法将乙醇酸与其他有机物分离。科学家采用基因工程获得了酶A缺陷型的水稻突变株，即酶A缺陷型突变株乙醇酸向乙醛酸转变速率慢，可知酶A具有催化乙醇酸生成乙醛酸的功能。(3)正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，光反应减慢，光反应过程中ATP、NADPH产生减少，因而暗反应消耗的C5减少，C5与O2的结合增加，产生的CO2增多。
6.(2024·广东佛山调研)20世纪60年代，科学家发现有些起源于热带的植物如甘蔗、玉米等，除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3)，简称C3途径]外，还存在另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物是四碳化合物(C4)，简称C4途径，这种植物被称为C4植物，其光合作用过程如图所示。研究发现C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍。请回答下列问题：
(1)在C4植物光合作用中，CO2中的碳转化成有机物(CH2O)中碳的转移途径是____________________________(利用箭头符号表示)，维管束鞘细胞内的CO2浓度比叶肉细胞内________(填“高”或“低”)。
(2)甲、乙两种植物光合速率与CO2浓度的关系如图。请据图分析，植物________更可能是C4植物，作出此判断的依据是_________________________________。
(3)Rubisco是一种双功能酶，当CO2/O2的值高时，可催化C5固定CO2合成有机物；当CO2/O2的值低时，可催化C5结合O2发生氧化分解，消耗有机物，此过程称为光呼吸，结合题意分析，在炎热干旱环境中，C4植物的生长一般明显优于C3植物的原因是______________________________________________________。
(4)水稻是世界上最重要的粮食作物。目前，科学家正在研究如何利用转基因技术将“C4途径”转移到水稻中去，这项研究的意义是_________________________
_____________________________________________________________________。
热点练4　光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型
1.D　[据图示信息，磷酸丙糖通过TPT从叶绿体输出的同时伴随着Pi进入叶绿体，因此Pi输入叶绿体减少，说明磷酸丙糖从叶绿体中的输出过程受阻，即输出减少，A正确；光反应产生的ATP能用于暗反应中C3的还原过程，由图示可知，该过程能合成磷酸丙糖，B正确；由图示可知，叶肉细胞的光合产物磷酸丙糖会在细胞质基质中用于合成蔗糖，然后以蔗糖形式运出细胞，C正确；根据题意可知，CO2充足时，TPT活性降低，则磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖的过程会受到影响，作物中淀粉含量会上升，而蔗糖含量下降，D错误。]
2.C　[分析题图可知，H＋由线粒体基质进入线粒体膜间隙需要载体蛋白的协助，A正确；在有氧呼吸第三阶段，前两个阶段产生的[H]，经过一系列的化学反应，与O2结合生成水，场所为线粒体内膜，B正确；分析题图可知，电子传递链对线粒体内膜两侧H＋梯度的形成起促进作用，C错误；分析题图，NADH中的能量变为H＋的电化学势能，再通过H＋向膜内跨膜运输变为ATP中的能量，即H＋在跨膜运输进入线粒体基质的过程中部分能量转移到ATP中储存，D正确。]
3.B　[据图分析，图1所示过程发生在线粒体内膜，图2所示过程是光反应过程；主动运输是逆浓度梯度进行的，且需要消耗能量，①、②、③、⑤都表示H＋的跨膜运输过程，其中①、③属于主动运输，A正确；图1中的NADH来自葡萄糖的分解以及丙酮酸和水的分解，B错误；P680和P700含有光合色素，光合色素可吸收、传递、转化光能，C正确；由图可知，ATP的合成与H＋的顺浓度梯度跨膜运输有关，D正确。]
4.答案　(1)该酶既能催化物质C5和CO2反应，也能催化物质C5和O2反应　高　O2浓度升高时，O2与C5结合增多，减少了暗反应过程中C3化合物的含量，使得暗反应速率下降，葡萄糖生成量减少
(2)C5(或五碳化合物)　叶绿体基质和线粒体
(3)光呼吸过程与有氧呼吸过程都消耗O2并生成CO2
(4)提高塑料大棚内CO2的浓度；适当提高光照强度；夜间降低温度，减少细胞呼吸消耗；降低光呼吸过程(答出两点即可)
5.答案　(1)叶绿体基质　暗反应　(2)(纸)层析　催化乙醇酸生成乙醛酸　(3)光照停止，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　(4)突变株因酶A缺陷，乙醇酸无法转变为C3，C5生成受阻，自然状态下CO2含量较低，固定效率较低，积累有机物较少，长势不如野生型　(5)消耗过剩的ATP和NADPH，减少对细胞的损害，补充部分CO2
解析　(1)光呼吸氧化的有机物质(即呼吸底物)为乙醇酸。根据表中数据看出，与野生型相比，突变型乙醇酸累积过多，没有全部转换为乙醛酸，原因可能是暗反应过程中，C3与C5转换物质的过程速率减慢，造成乙醇酸消耗量降低，这一过程发生在叶绿体基质中。(2)利用有机物的溶解度差异，可采用纸层析法将乙醇酸与其他有机物分离。科学家采用基因工程获得了酶A缺陷型的水稻突变株，即酶A缺陷型突变株乙醇酸向乙醛酸转变速率慢，可知酶A具有催化乙醇酸生成乙醛酸的功能。(3)正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，光反应减慢，光反应过程中ATP、NADPH产生减少，因而暗反应消耗的C5减少，C5与O2的结合增加，产生的CO2增多。
6.答案　(1)CO2→草酰乙酸(C4)→苹果酸(C4)→CO2→C3→(CH2O)　高　(2)乙　在CO2浓度较低的条件下，植物乙的光合速率明显高于植物甲(或植物乙利用低浓度二氧化碳的效率更高)　(3)在炎热干旱环境中，植物部分气孔关闭，导致二氧化碳供应减少，C4植物中的PEP羧化酶活性高，能提高维管束鞘细胞内CO2浓度，促进光合作用，抑制光呼吸，从而增加有机物的积累量，使植物快速生长　(4)提高粮食产量/增强水稻抗逆性/增强水稻抗旱性/减弱水稻对水的依赖性
解析　(1)C4植物叶肉细胞中，在PEP羧化酶的催化作用下，CO2首先被磷酸烯醇式丙酮酸固定，形成草酰乙酸(C4)，其转化为苹果酸(C4)，苹果酸进入维管束鞘细胞中，释放出CO2，CO2进入卡尔文循环，最终形成(CH2O)。C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍，叶肉细胞中的CO2的浓度很低时可被PEP羧化酶固定成草酰乙酸(C4)，其转化为苹果酸(C4)，苹果酸再进入维管束鞘细胞，释放CO2，使维管束鞘细胞内的CO2浓度升高到可被Rubisco固定的水平(该过程可看作CO2的浓缩)。(2)C4植物叶肉细胞中有PEP羧化酶，而C3植物没有，所以C4植物对CO2的亲和力更强，能更有效地利用低浓度的CO2进行光合作用。(3)见答案。(4)强光照、高温、干旱条件会导致植物气孔开放程度降低，细胞中CO2浓度较低，C4途径的存在可以浓缩CO2，保证光合作用的正常进行，利用转基因技术将“C4途径”转移到水稻中去，可提高粮食产量，增强水稻抗逆性。(共41张PPT)
SHENG WU XUE
光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型
微专题4
1.光呼吸
光呼吸是指绿色植物在光照情况下吸收O2，将叶绿体中的C5分解产生CO2的过程。光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中，Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会与CO2竞争Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。
①与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体。光呼吸产生的条件是光照、高O2含量和低CO2含量等。
②在干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭。由于光反应速率大于暗反应速率，此时光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP，防止强光对叶绿体的破坏，又可以为暗反应阶段提供原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。　　　
[典例1] (2024·广东湛江质检)光呼吸是植物利用光能，吸收O2并释放CO2的过程。研究者将四种酶基因(GLO、CAT、GCL、TSR)导入水稻叶绿体，创造了一条新的光呼吸代谢支路(GCGT支路)，如图虚线所示。据图分析，下列推测正确的是(　　)
A.光呼吸时，C5与O2的结合发生在叶绿体的类囊体薄膜上
B.在光呼吸中有ATP和NADPH的生成和消耗
C.GCGT支路有利于减少H2O2对叶绿体的损害
D.GCGT支路可以促进光呼吸从而降低光合效率
C
解析　卡尔文循环的场所为叶绿体基质，图中光呼吸代谢支路利用卡尔文循环中的C5，故C5和O2的结合发生叶绿体基质中，A错误；GCGT支路中，甘油酸转化为PGA过程中有ATP的消耗，在乙醛酸转化为甘油酸过程中有NADPH的消耗，故由GCGT支路分析可知，该过程有ATP和NADPH的消耗但没有ATP和NADPH的生成，B错误；GCGT支路中，H2O2可被分解为H2O和O2，有利于减少其对叶绿体的损害，C正确；光呼吸代谢支路(GCGT支路)可以将部分碳重新回收进入卡尔文循环，用于降低光呼吸消耗从而提高光合速率，D错误。
2.C4植物
在绿色植物的光合作用中，二氧化碳中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中，然后才转移到C3中，科学家将这类植物叫作C4植物，将其固定二氧化碳的途径，叫作C4途径。
①C4植物叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，而维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，所以C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上。
②C4植物PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)，导致植物气孔导度减小时，C4植物比C3植物有较强光合作用能力，并且无光合“午休”现象。常见C4植物有玉米、高粱、甘蔗、苋菜等。　　　
[典例2] (2024·广东七校联考)甘蔗、玉米等一些植物的叶片具有特殊的结构，其叶肉细胞中的叶绿体有基粒，而维管束鞘细胞中的叶绿体不含基粒。维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可以利用PEP羧化酶固定较低浓度的CO2，并转移到维管束鞘细胞中释放，参与光合作用的暗反应，其主要过程如图所示。请结合这些内容判断，下列说法中错误的是(　　)
A.维管束鞘细胞的叶绿体不能进行光反应，但能进行暗反应
B.维管束鞘细胞中暗反应过程不需要ATP和NADPH
C.PEP羧化酶对环境中较低浓度的CO2具有富集作用
D.甘蔗、玉米等植物特殊的结构和功能，使其更适应高温干旱环境
B
解析　光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，基粒是由类囊体堆叠而成的，维管束鞘细胞的叶绿体没有基粒，所以维管束鞘细胞的叶绿体不能进行光反应，叶肉细胞固定的CO2转移到维管束鞘细胞中释放，参与光合作用的暗反应，A正确；维管束鞘细胞中的暗反应过程需要光反应提供的ATP和NADPH，B错误；由图可知，PEP羧化酶可富集环境中较低浓度的CO2，C3与低浓度的CO2生成C4，C正确；甘蔗、玉米等一些植物的维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可以利用PEP羧化酶固定较低浓度的CO2，并转移到维管束鞘细胞中释放，高温、干旱时植物会关闭部分气孔，甘蔗、玉米等在外界CO2供应不足时，C4能分解产生CO2继续供暗反应正常进行，故甘蔗、玉米等植物特殊的结构和功能，使其更适应高温干旱环境，D正确。
3.景天科植物(CAM植物)
景天科植物在夜间，大气中CO2从气孔进入，被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化，与PEP结合形成草酰乙酸(OAA)，再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸，储存于液泡中。在白天，苹果酸从液泡中释放出来，经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸，CO2产生后用于卡尔文循环。
①仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合于干旱地区，其特点是气孔夜间开放，白天关闭。
②该类植物叶肉细胞夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降；白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。　　　
[典例3] (2024·广东六校联考)光合作用中，有一种特殊的固定CO2和节省水的类型。菠萝、仙人掌和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用，这类植物统称为CAM植物，其特别适应干旱地区，特点是气孔夜晚打开，白天关闭。如图为菠萝叶肉细胞内的部分代谢途径(CAM途径)示意图，图中苹果酸是一种酸性较强的有机酸。据图分析下列问题：
(1)据图分析，推测图中叶肉细胞右侧a过程的活动发生在________(填“白天”或“夜晚”)，理由是__________________________________________________
________________________________________________________。
菠萝在夜晚吸收的CO2，能否立即用来完成图中叶肉细胞左侧的生命活动？________(填“能”或“不能”)，分析原因为____________________________
_________________________________________________________________。
夜晚
题图中叶肉细胞右侧a过程显示CO2进入细胞并转变成苹果酸储存在液泡中，夜间气孔打开，细胞才能完成此项活动
不能
夜晚没有光照，光反应不能正常进行，无法为暗反应提供足够的ATP和NADPH
(2)图中苹果酸通过过程a运输到液泡内，又会通过过程b运出液泡进入细胞质，推测过程b发生在________(填“白天”或“夜晚”)。过程a具有的生理意义是___________________________________________________________________
________________________________________________(写出两个方面即可)。
白天
一方面促进CO2的吸收，另一方面避免苹果酸降低细胞质基质的pH，影响细胞质基质内的反应
(3)长期在强光照、高温、缺水等逆境胁迫下，以菠萝为代表的CAM植物形成了适应性机制：夜晚气孔开放，有利于_______________，白天气孔关闭，有利于__________________________，且可以通过____________________________获得光合作用暗反应所需的CO2。
从外界吸收CO2
降低蒸腾作用，减少水分散失
苹果酸的分解和细胞呼吸
解析　(1)夜晚气孔开放，CO2进入细胞并转变成苹果酸储存起来。夜晚没有光照，光反应不能正常进行，无法为暗反应提供足够的ATP和NADPH，因此夜晚不能进行题图中细胞左侧的生命活动。
(2)白天时，苹果酸运出液泡，在细胞质中分解产生CO2来进行暗反应。夜间气孔开放，从外界吸收的CO2与PEP发生系列反应生成苹果酸，及时通过过程a将苹果酸运进液泡中的生理意义包括两方面：一方面促进CO2的吸收，另一方面避免苹果酸降低细胞质基质的pH，影响细胞质基质内的反应。
(3)夜间气孔开放，有利于从外界吸收CO2，白天气孔关闭，有利于降低蒸腾作用，减少水分散失。干旱、光照充足的环境中，菠萝光合作用大于呼吸作用，光合作用所需的CO2由两种途径提供：苹果酸的分解和细胞呼吸。
4.光合产物及运输
①磷酸丙糖是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。
②光合作用产生的磷酸丙糖既可以在叶绿体中形成淀粉，暂时储存在叶绿体中，又可以通过叶绿体膜上的磷酸转运器运出叶绿体，在细胞质基质中合成蔗糖。合成的蔗糖或临时储藏于液泡内，或从光合细胞中输出，经韧皮部装载长距离运输到其他部位。　　　
[典例4] (2024·江苏扬州检测)淀粉和蔗糖是光合作用的主要终产物，其合成过程如右图所示。细胞质内形成的蔗糖可以通过跨膜运输进入液泡进行临时性储藏，该过程是由位于液泡膜上的蔗糖载体介导的逆蔗糖浓度梯度运输。下列说法正确的是(　　)
A.参与蔗糖生物合成的酶位于叶绿体基质中
B.呼吸抑制剂不会抑制蔗糖进入液泡的过程
C.细胞质基质中Pi不会影响叶绿体中的淀粉的合成量
D.磷酸丙糖的输出量过多会影响C5的再生，使暗反应速率下降
D
解析　细胞质内形成的蔗糖可以通过跨膜运输进入液泡进行临时性储藏，故参与蔗糖生物合成的酶位于细胞质基质中，A错误；结合题意“逆蔗糖浓度梯度运输”可知，蔗糖进入液泡的方式为主动运输，故呼吸抑制剂可以通过抑制呼吸作用影响能量供应，进而抑制蔗糖进入液泡的过程，B错误；结合题图分析可知，当细胞质基质中Pi浓度降低时，会抑制磷酸丙糖从叶绿体中运出，从而促进淀粉的合成，C错误；据图可知，磷酸丙糖的输出量增多会影响C5的再生，使暗反应速率下降，D正确。
5.光合磷酸化和氧化磷酸化
(1)电子传递链和光合磷酸化
①光系统Ⅱ 进行水的光解，产生氧气、H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ 主要是介导NADPH的产生。
②电子传递过程是高电势到低电势(由于光能的作用)，释放的能量将质子(H＋)逆浓度梯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。
③类囊体内的高浓度质子通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度梯度流出产生的能量来合成ATP。
④发生在叶绿体的类囊体薄膜上，需要光，电子供体是H2O，电子受体是NADP＋。　　　
(2)电子传递链和氧化磷酸化
①发生在线粒体的内膜上，不需要光，电子供体是NADH，电子受体是O2。
②都通过ATP合成酶把ADP磷酸化为ATP。电子传递过程中所形成的H＋梯度作为动力，在ATP合成酶的作用下，催化ADP磷酸化成ATP。　　　
[典例5] (2024·湖南长郡中学联考)下图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，其中PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中。图中实线为电子的传递过程，虚线为H＋的运输过程。ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，在进行H＋顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成。请回答下列问题：
(1)分析图中电子传递的整个过程可知，最初提供电子的物质为________，最终接受电子的物质为________。
(2)光反应产生的氧气被用于有氧呼吸，且在____________(填场所)被消耗。图中用于暗反应的物质是________________。
水
NADP＋
线粒体内膜
ATP和NADPH
(3)合成ATP依赖于类囊体薄膜两侧的H＋浓度差，图中使膜两侧H＋浓度差增加的过程有_____________________________________________________________。
(4)由图可见，光反应是一个比较复杂的过程，完成了光能转变成____________能，进而转变成________能的过程。
水分解产生H＋；PQ主动运输H＋；合成NADPH消耗H＋
电
化学
1.(2023·湖北卷，8)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　　)
C
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获
D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
解析　叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确；Mg2＋是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱，B正确；弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C错误；PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水产生H＋、电子和O2，D正确。
2.(2022·全国甲卷，29)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题：
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是____________________(答出3点即可)。
O2、NADPH和ATP
(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是_____________________________________________________(答出1点即可)。
(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是
___________________________________________________________________。
自身呼吸消耗或建造植物体结构
C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2
解析　(1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体薄膜，光反应发生的物质变化包括水的光解以及NADPH和ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、NADPH和ATP。(2)叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来，故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收减少，由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，在同程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。
3.(2023·湖南卷，17)下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。
3－磷酸甘油醛
蔗糖
维管组织
(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____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________(答出三点即可)。
高于
高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；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
(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__________________________________________________________
___________________________________________________(答出三点即可)。
酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及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
解析　(1)玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的来源不同，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，可以看出CO2固定的直接产物是3-磷酸甘油酸，然后被还原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，通过维管组织运输。(2)干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶与CO2的亲和力高，可以利用低浓度的CO2进行光合作用，同时抑制植物的光呼吸，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。(3)将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度，而植物的光合作用强度受到很多因素的影响；在光饱和条件下，如果光合作用强度没有明显提高，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。
4.(2021·全国乙卷，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有_______________________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和___________释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止____________________________，又能保证____________正常进行。
叶绿体、细胞质基质、线粒体
细胞呼吸
蒸腾作用过强导致植物失水
光合作用
(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)
实验思路：取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B两组；将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其他条件相同且适宜；一段时间后，分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果：B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化，A组液泡中的pH夜晚明显低于白天。
解析　(1)白天植物的叶肉细胞同时进行光合作用和呼吸作用，光合作用过程中产生ATP的场所是叶绿体，呼吸作用过程中产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。据题干信息可知，白天储存在液泡中的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，同时叶肉细胞也进行呼吸作用，呼吸作用释放出来的CO2也可用于光合作用。(2)干旱的环境中，白天气孔关闭可以降低蒸腾作用，避免植物细胞过度失水；夜间气孔打开吸收CO2，通过生成苹果酸储存在液泡中，白天苹果酸脱羧释放的CO2为光合作用的进行提供原料，保证了光合作用的正常进行。(3)该实验的目的是验证植物甲在干旱环境中存在特殊的CO2固定方式，根据题干信息可知，这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中，推测苹果酸的存在会导致液泡中呈酸性，由白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，可判断苹果酸脱羧释放出CO2后液泡中酸性下降，因此实验中需要检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡的pH。
本节内容结束
THANKS微专题4 光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型
【知识必备】
1.光呼吸
光呼吸是指绿色植物在光照情况下吸收O2，将叶绿体中的C5分解产生CO2的过程。光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中，Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会与CO2竞争Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。
①与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体。光呼吸产生的条件是光照、高O2含量和低CO2含量等。
②在干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭。由于光反应速率大于暗反应速率，此时光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP，防止强光对叶绿体的破坏，又可以为暗反应阶段提供原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。　　　
[典例1] (2024·广东湛江质检)光呼吸是植物利用光能，吸收O2并释放CO2的过程。研究者将四种酶基因(GLO、CAT、GCL、TSR)导入水稻叶绿体，创造了一条新的光呼吸代谢支路(GCGT支路)，如图虚线所示。据图分析，下列推测正确的是(　　)
A.光呼吸时，C5与O2的结合发生在叶绿体的类囊体薄膜上
B.在光呼吸中有ATP和NADPH的生成和消耗
C.GCGT支路有利于减少H2O2对叶绿体的损害
D.GCGT支路可以促进光呼吸从而降低光合效率
2.C4植物
在绿色植物的光合作用中，二氧化碳中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中，然后才转移到C3中，科学家将这类植物叫作C4植物，将其固定二氧化碳的途径，叫作C4途径。
①C4植物叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，而维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，所以C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上。
②C4植物PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)，导致植物气孔导度减小时，C4植物比C3植物有较强光合作用能力，并且无光合“午休”现象。常见C4植物有玉米、高粱、甘蔗、苋菜等。
[典例2] (2024·广东七校联考)甘蔗、玉米等一些植物的叶片具有特殊的结构，其叶肉细胞中的叶绿体有基粒，而维管束鞘细胞中的叶绿体不含基粒。维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可以利用PEP羧化酶固定较低浓度的CO2，并转移到维管束鞘细胞中释放，参与光合作用的暗反应，其主要过程如图所示。请结合这些内容判断，下列说法中错误的是(　　)
A.维管束鞘细胞的叶绿体不能进行光反应，但能进行暗反应
B.维管束鞘细胞中暗反应过程不需要ATP和NADPH
C.PEP羧化酶对环境中较低浓度的CO2具有富集作用
D.甘蔗、玉米等植物特殊的结构和功能，使其更适应高温干旱环境
3.景天科植物(CAM植物)
景天科植物在夜间，大气中CO2从气孔进入，被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化，与PEP结合形成草酰乙酸(OAA)，再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸，储存于液泡中。在白天，苹果酸从液泡中释放出来，经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸，CO2产生后用于卡尔文循环。
①仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合于干旱地区，其特点是气孔夜间开放，白天关闭。
②该类植物叶肉细胞夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降；白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。　　　
[典例3] (2024·广东六校联考)光合作用中，有一种特殊的固定CO2和节省水的类型。菠萝、仙人掌和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用，这类植物统称为CAM植物，其特别适应干旱地区，特点是气孔夜晚打开，白天关闭。如图为菠萝叶肉细胞内的部分代谢途径(CAM途径)示意图，图中苹果酸是一种酸性较强的有机酸。据图分析下列问题：
(1)据图分析，推测图中叶肉细胞右侧a过程的活动发生在________(填“白天”或“夜晚”)，理由是______________________________________________________
_____________________________________________________________________。
菠萝在夜晚吸收的CO2，能否立即用来完成图中叶肉细胞左侧的生命活动？________(填“能”或“不能”)，分析原因为______________________________
_____________________________________________________________________。
(2)图中苹果酸通过过程a运输到液泡内，又会通过过程b运出液泡进入细胞质，推测过程b发生在________(填“白天”或“夜晚”)。过程a具有的生理意义是
________________________________________________(写出两个方面即可)。
(3)长期在强光照、高温、缺水等逆境胁迫下，以菠萝为代表的CAM植物形成了适应性机制：夜晚气孔开放，有利于____________，白天气孔关闭，有利于______________________________________________________________________，
且可以通过___________________________________________________________
获得光合作用暗反应所需的CO2。
4.光合产物及运输
①磷酸丙糖是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。
②光合作用产生的磷酸丙糖既可以在叶绿体中形成淀粉，暂时储存在叶绿体中，又可以通过叶绿体膜上的磷酸转运器运出叶绿体，在细胞质基质中合成蔗糖。合成的蔗糖或临时储藏于液泡内，或从光合细胞中输出，经韧皮部装载长距离运输到其他部位。　　　
[典例4] (2024·江苏扬州检测)淀粉和蔗糖是光合作用的主要终产物，其合成过程如右图所示。细胞质内形成的蔗糖可以通过跨膜运输进入液泡进行临时性储藏，该过程是由位于液泡膜上的蔗糖载体介导的逆蔗糖浓度梯度运输。下列说法正确的是(　　)
A.参与蔗糖生物合成的酶位于叶绿体基质中
B.呼吸抑制剂不会抑制蔗糖进入液泡的过程
C.细胞质基质中Pi不会影响叶绿体中的淀粉的合成量
D.磷酸丙糖的输出量过多会影响C5的再生，使暗反应速率下降
5.光合磷酸化和氧化磷酸化
(1)电子传递链和光合磷酸化
①光系统Ⅱ 进行水的光解，产生氧气、H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ 主要是介导NADPH的产生。
②电子传递过程是高电势到低电势(由于光能的作用)，释放的能量将质子(H＋)逆浓度梯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。
③类囊体内的高浓度质子通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度梯度流出产生的能量来合成ATP。
④发生在叶绿体的类囊体薄膜上，需要光，电子供体是H2O，电子受体是NADP＋。　　
　
(2)电子传递链和氧化磷酸化
①发生在线粒体的内膜上，不需要光，电子供体是NADH，电子受体是O2。
②都通过ATP合成酶把ADP磷酸化为ATP。电子传递过程中所形成的H＋梯度作为动力，在ATP合成酶的作用下，催化ADP磷酸化成ATP。　　　
[典例5] (2024·湖南长郡中学联考)下图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，其中PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中。图中实线为电子的传递过程，虚线为H＋的运输过程。ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，在进行H＋顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成。请回答下列问题：
(1)分析图中电子传递的整个过程可知，最初提供电子的物质为________，最终接受电子的物质为________。
(2)光反应产生的氧气被用于有氧呼吸，且在________(填场所)被消耗。图中用于暗反应的物质是________。
(3)合成ATP依赖于类囊体薄膜两侧的H＋浓度差，图中使膜两侧H＋浓度差增加的过程有_______________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)由图可见，光反应是一个比较复杂的过程，完成了光能转变成____________能，进而转变成________能的过程。
【真题感悟】
1.(2023·湖北卷，8)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　　)
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获
D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
2.(2022·全国甲卷，29)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题：
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是____________________(答出3点即可)。
(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是______________________________________________________________________
_______________________________________________________(答出1点即可)。
(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
3.(2023·湖南卷，17)下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__________________________
______________________________________________________________________
_____________________________________________________(答出三点即可)。
(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___________________________________________________________
_____________________________________________________________________
______________________________________________________(答出三点即可)。
4.(2021·全国乙卷，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和________释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止________________，又能保证____________正常进行。
(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)__________________________
______________________________________________________________________
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：课后完成　热点练4

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