资源简介

　课时3　电子传递链及化学渗透假说、C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型
考情速览
热点 考情
电子传递链 ①2023·江苏卷，19；②2023·重庆卷，19；③2023·湖北卷，8；④2023·山东卷，21；①2022·江苏卷，15；②2022·重庆卷，23；③2022·山东卷，16
逆境胁迫与生产实践 ①2024·湖南卷，17；②2024·浙江6月选考，13、23；③2024·河北卷，19；④2024·广东卷，20；⑤2024·湖北卷，21；⑥2024·浙江1月选考，20；①2023·湖南卷，14；①2022·浙江1月选考，27
突破1　电子传递链及化学渗透假说
1.光合作用和有氧呼吸的结构基础——ATP合成酶
ATP产生机制：线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜的磷脂双分子层对质子高度不通透，因此膜高浓度侧的质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶把质子的电化学势能转化成ATP中的化学能。
2.光合磷酸化和氧化磷酸化
3.化学渗透假说
1961年，米切尔(Peter Mitchell)提出了化学渗透假说：①线粒体(叶绿体)的电子传递链将H＋由线粒体基质(叶绿体基质)泵入线粒体内、外膜间基质(类囊体基质)；②线粒体内膜(类囊体膜)不允许H＋回流，膜内外产生H＋浓度梯度；③H＋顺浓度梯度回流释放能量合成ATP。
1963年，贾格道夫在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH＝4的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的A组pH＝8和B组pH＝4的缓冲溶液中，一段时间后A组有ATP产生。
贾格道夫实验表明：类囊体膜内外存在H＋浓度差是类囊体合成ATP的直接动力。
[例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
[练] (2024·湖南衡阳模拟)解偶联剂能使有氧呼吸电子传递链产生的能量不用于ADP的磷酸化形成ATP，而只能以热能的形式散发，即解除了氧化和磷酸化的偶联作用，如图为细胞呼吸电子传递链示意图。以下叙述错误的是(　　)
A.呼吸抑制剂抑制电子传递，导致磷酸化过程也受到抑制
B.已知过量的阿司匹林可使氧化磷酸化部分解偶联，因此会导致体温升高
C.动物棕色脂肪组织线粒体中有独特的解偶联蛋白，因此棕色脂肪比例较高的人更容易肥胖
D.线粒体内膜对H＋的通透性是氧化过程和磷酸化发生偶联的关键因素之一
[例2] (2022·重庆卷，23)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。
(1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是__________________________________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持________(填“低温”或“常温”)。
(2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是
________________________________________________________________。
图Ⅲ
(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是________________________________________________。类囊体膜内外的
H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来源物质是________。
(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有________________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有
_______________________________________________________(答两点)。
突破2　C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型
光合作用固定CO2的途径除了卡尔文循环以外，还有C4途径和景天酸代谢(CAM)途径等；植物除了细胞呼吸(暗呼吸)外，还有光呼吸。近几年的高考试题更多的围绕C4植物、光呼吸等特殊过程进行考查。
1.C4植物
名师解读　①C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体。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，而CO2固定发生在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质中。
②用14C标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为：CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)。
③C4植物PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利用细胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不能。故在干旱环境中，C4植物比C3植物生长得好。
[例1] (2024·广东卷，20)某湖泊曾处于重度富营养化状态，水面漂浮着大量浮游藻类。管理部门通过控源、清淤、换水以及引种沉水植物等手段，成功实现了水体生态恢复。引种的3种多年生草本沉水植物(①金鱼藻、②黑藻、③苦草，答题时植物名称可用对应序号表示)在不同光照强度下光合速率及水质净化能力见图。
回答下列问题：
(1)湖水富营养化时，浮游藻类大量繁殖，水体透明度低，湖底光照不足。原有沉水植物因光合作用合成的有机物少于____________的有机物，最终衰退和消亡。
(2)生态恢复后，该湖泊形成了以上述3种草本沉水植物为优势的群落垂直结构，从湖底到水面依次是________，其原因是
_________________________________________________________________。
(3)为了达到湖水净化的目的，选择引种上述3种草本沉水植物的理由是____________________________，三者配合能实现综合治理效果。
(4)上述3种草本沉水植物中只有黑藻具C4光合作用途径(浓缩CO2形成高浓度C4后，再分解成CO2传递给C5)使其在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用，在水生植物群落中竞争力较强。根据图a设计一个简单的实验方案，验证黑藻的碳浓缩优势，完成下列表格。
实验设计方案
实验材料 对照组：________实验组：黑藻
实验条件 控制光照强度为______ μmol·m－2·s－1营养及环境条件相同且适宜，培养时间相同
控制条件 ________________________________________________________________________
测量指标 ________________________________________________________________________
(5)目前在湖边浅水区种植的沉水植物因强光抑制造成生长不良，此外，大量沉水植物叶片凋落，需及时打捞，增加维护成本。针对这两个实际问题从生态学角度提出合理的解决措施：_____________________________________________
___________________________________________________________________。
2.景天科植物
名师解读　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炎热干旱地区，其特点是气孔夜间开放，吸收并固定CO2，形成以苹果酸为主的有机酸，储存于液泡中；白天时气孔关闭，不吸收CO2，但同时却通过卡尔文循环将从苹果酸中释放的CO2还原为糖，该机制也称CAM途径。
②从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚该类植物不能合成葡萄糖，原因是没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。
③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。
④分析图中信息推测，CAM途径是对干旱环境的适应；该途径除维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。
[例2] (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)______________________________________________________________
__________________________________________________________________
3.光呼吸
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会竞争Rubisco酶，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：
名师解读　①光呼吸的不利影响：消耗掉暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。
②光呼吸的有利影响：强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，这些自由基会损伤叶绿体。而强光下，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高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。
[例3] (2024·广东深圳市调研)植物消耗氧气，将RuBP(C5)转化成二氧化碳的过程称作光呼吸。RuBP羧化酶/氧化酶(Rubisco)不仅能催化CO2与RuBP进行羧化反应，还能催化氧气与RuBP的氧化反应，相关过程如下图所示。回答下列问题。
(1)Rubisco催化RuBP的羧化反应发生在真核细胞的________(具体部位)，这一过程称作________，反应形成的产物被________还原为糖类。
(2)当CO2/O2比值________(填“较高”或“较低”)时，更有利于植物进行羧化反应。对农作物的研究表明甲醇可以抑制光呼吸，已知植物细胞的光呼吸与乙醇酸氧化酶活性呈正相关，结合题干信息推测甲醇抑制光呼吸的机制是
________________________________________________________________。
(3)在小麦、水稻等C3作物中，光呼吸导致光合作用的转化效率降低20%～50%，根据Rubisco的特性，改良作物的措施有
_________________________________________________(答出2点)。
4.光合产物及运输
名师解读　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。
5.蓝细菌的CO2浓缩机制
蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。
注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。
由图可知蓝细菌通过CO2浓缩机制使羧化体中Rubisco周围的CO2浓度升高，从而通过促进CO2固定进行光合作用，最终提高光合效率。
课时3　电子传递链及化学渗透假说、C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型
突破1
2.类囊体薄膜　内膜
[例1]　C　[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。]
[练]　C　[动物棕色脂肪组织线粒体中有独特的解偶联蛋白，其大部分能量以热能的形式散发，因此棕色脂肪比例较高的人御寒能力更强，且不容易肥胖，C错误。]
[例2]　(1)保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂　低温
(2)图Ⅱ实验是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自类囊体膜内外H＋浓度差
(3)类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高　水
(4)NADPH、ATP和CO2　增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度
解析　(1)制备类囊体时，其提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖，保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂，以保证其结构完整。提取液应该保持低温降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。(2)从图Ⅱ实验中可知，在光照条件下，将处于pH＝4的类囊体转移到pH＝8的锥形瓶中，再在遮光的条件下加入ADP和Pi，也产生了ATP，但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，因为图Ⅱ实验是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自类囊体膜内外H＋浓度差。 (3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液的pH在光照处理时升高，推测可能是类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，光反应过程中，水的分解伴随着电子的传递，故电子的最终来源物质是水。(4)人工叶绿体能在光下生产目标多碳化合物，若要在黑暗条件下持续生产，则需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP，以及暗反应的原料CO2。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，说明暗反应已经达到最大速率，增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度增加酶的活性，可有效提高产量。
突破2
[例1]　(1)呼吸作用消耗
(2)③(苦草)、②(黑藻)、①(金鱼藻)　最大光合速率对应光照强度依次升高
(3)3种植物在湖泊中的分布具有明显的垂直分层现象，3种植物的种间竞争小且①(金鱼藻)除藻率高，②(黑藻)除氮率高，③(苦草)除磷率高
(4)①(金鱼藻)　500　CO2浓度较低且相同　O2释放量
(5)合理引入浮水植物，减弱沉水植物的光照强度；合理引入以沉水植物凋落叶片为食的生物
解析　(1)植物光合作用合成的有机物减去呼吸作用消耗的有机物为植物有机物的积累量，有机物的积累量大于0时，植物可正常生长。若光合作用合成的有机物少于呼吸作用消耗的有机物，会使植物衰退和消亡。(2)植物的分层与对光的利用有关，从水面到湖底光照强度逐渐减弱，由图a可知，3种植物达到最大光合速率所需的光照强度大小为③<②<①(苦草<黑藻<金鱼藻)，故从湖底到水面依次为③②①(或苦草、黑藻、金鱼藻)。(3)由(2)可知，3种植物在湖泊中的分布具有明显的垂直分层现象，这使得3种植物的种间竞争小。此外由图b可知，三种植物均具有良好的氮、磷元素和藻类的去除能力，因此三者配合能实现综合治理效果。(4)由题干可知，实验目的为验证黑藻的碳浓缩优势使得黑藻在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用，因此本实验的自变量为水生植物的种类，无关变量为光照强度、营养及环境条件等。为排除光照强度对水生植物光合作用的影响，应选择在同一光照强度下，与黑藻光合速率相近的水生植物，由图a可知，光照强度为500 μmol·m－2·s－1时，金鱼藻与黑藻具有相等的光合速率，因此对照组选择的水生植物为金鱼藻，控制光照强度为500 μmol·m－2·s－1。控制条件为使水体中的CO2维持在较低水平，可通过检测单位时间内单位水体中O2浓度的变化量来测定净光合速率。(5)为解决“浅水区种植的沉水植物因强光抑制造成生长不良”的问题，可适当种植浮水植物或挺水植物遮挡强光；为解决“大量沉水植物叶片凋落，需及时打捞，增加维护成本”的问题，可适当引入以沉水植物凋落叶片为食的生物。
[例2]　(1)叶绿体、细胞质基质、线粒体　细胞呼吸
(2)蒸腾作用过强导致植物过度失水　光合作用
(3)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出CO2用于光合作用，同时叶肉细胞也进行细胞呼吸，细胞呼吸释放出来的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可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，由于白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，可判断苹果酸分解释放出CO2后液泡中酸性下降或趋于中性，因此实验中需要检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡的pH。
[例3]　(1)叶绿体基质　CO2的固定　NADPH(还原型辅酶Ⅱ)
(2)较高　甲醇通过抑制乙醇酸氧化酶的活性来抑制光呼吸
(3)改造Rubisco，使其具有更高的CO2亲和力和催化效率；改进或者增加植物浓缩CO2机制，提升Rubisco附近的CO2浓度
解析　(1)Rubisco催化CO2与RuBP进行羧化反应，CO2与RuBP反应过程被称为CO2的固定，发生在叶绿体基质中，CO2与RuBP反应的产物(C3)接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原，转化为糖类。(2)当CO2的含量较高时，CO2更容易与RuBP进行羧化反应，故当CO2/O2比值较高时，更有利于植物进行羧化反应。甲醇可以抑制光呼吸，且植物细胞的光呼吸与乙醇酸氧化酶活性呈正相关，故可推测甲醇通过抑制乙醇酸氧化酶的活性来抑制光呼吸。(3)为了降低植物的光呼吸作用，可以改造Rubisco，使其具有更高的CO2亲和力和催化效率；改进或者增加植物浓缩CO2机制，提升Rubisco附近的CO2浓度。(共48张PPT)
电子传递链及化学渗透假说、C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型
课 时 3
考情速览
热点 考情
电子传递链 ①2023·江苏卷，19；②2023·重庆卷，19；③2023·湖北卷，8；
④2023·山东卷，21；
①2022·江苏卷，15；②2022·重庆卷，23；③2022·山东卷，16
逆境胁迫与生产实践 ①2024·湖南卷，17；②2024·浙江6月选考，13、23；③2024·河北卷，19；④2024·广东卷，20；⑤2024·湖北卷，21；⑥2024·浙江1月选考，20；①2023·湖南卷，14；①2022·浙江1月选考，27
目 录
突破1
电子传递链及化学渗透假说
C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型
突破2
突破1　
电子传递链及化学渗透假说
1.光合作用和有氧呼吸的结构基础——ATP合成酶
ATP产生机制：线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜的磷脂双分子层对质子高度不通透，因此膜高浓度侧的质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶把质子的电化学势能转化成ATP中的化学能。
2.光合磷酸化和氧化磷酸化
类囊体薄膜
内膜
3.化学渗透假说
1961年，米切尔(Peter Mitchell)提出了化学渗透假说：①线粒体(叶绿体)的电子传递链将H＋由线粒体基质(叶绿体基质)泵入线粒体内、外膜间基质(类囊体基质)；②线粒体内膜(类囊体膜)不允许H＋回流，膜内外产生H＋浓度梯度；③H＋顺浓度梯度回流释放能量合成ATP。
1963年，贾格道夫在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH＝4的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的A组pH＝8和B组pH＝4的缓冲溶液中，一段时间后A组有ATP产生。
贾格道夫实验表明：类囊体膜内外存在H＋浓度差是类囊体合成ATP的直接动力。
[例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。
[练] (2024·湖南衡阳模拟)解偶联剂能使有氧呼吸电子传递链产生的能量不用于ADP的磷酸化形成ATP，而只能以热能的形式散发，即解除了氧化和磷酸化的偶联作用，如图为细胞呼吸电子传递链示意图。以下叙述错误的是(　　)
C
A.呼吸抑制剂抑制电子传递，导致磷酸化
过程也受到抑制
B.已知过量的阿司匹林可使氧化磷酸化部
分解偶联，因此会导致体温升高
C.动物棕色脂肪组织线粒体中有独特的解偶联
蛋白，因此棕色脂肪比例较高的人更容易肥胖
D.线粒体内膜对H＋的通透性是氧化过程和磷酸化发生偶联的关键因素之一
解析　动物棕色脂肪组织线粒体中有独特的解偶联蛋白，其大部分能量以热能的形式散发，因此棕色脂肪比例较高的人御寒能力更强，且不容易肥胖，C错误。
[例2] (2022·重庆卷，23)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。
(1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是__________________________________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持________(填“低温”或“常温”)。
保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂
低温
(2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
图Ⅱ实验是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自类囊体膜内外H＋浓度差
(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是________________________________________________。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来源物质是________。
图Ⅲ
类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高
水
(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有____________________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有_________________________________________
(答两点)。
NADPH、ATP和CO2
增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度
解析　(1)制备类囊体时，其提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖，保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂，以保证其结构完整。提取液应该保持低温降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。(2)从图Ⅱ实验中可知，在光照条件下，将处于pH＝4的类囊体转移到pH＝8的锥形瓶中，再在遮光的条件下加入ADP和Pi，也产生了ATP，但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，因为图Ⅱ实验是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自类囊体膜内外H＋浓度差。
(3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液的pH在光照处理时升高，推测可能是类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，光反应过程中，水的分解伴随着电子的传递，故电子的最终来源物质是水。(4)人工叶绿体能在光下生产目标多碳化合物，若要在黑暗条件下持续生产，则需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP，以及暗反应的原料CO2。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，说明暗反应已经达到最大速率，增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度增加酶的活性，可有效提高产量。
突破2　C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型
光合作用固定CO2的途径除了卡尔文循环以外，还有C4途径和景天酸代谢(CAM)途径等；植物除了细胞呼吸(暗呼吸)外，还有光呼吸。近几年的高考试题更多的围绕C4植物、光呼吸等特殊过程进行考查。
1.C4植物
名师解读　①C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体。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，而CO2固定发生在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质中。
②用14C标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为：CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)。
③C4植物PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利用细胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不能。故在干旱环境中，C4植物比C3植物生长得好。
[例1] (2024·广东卷，20)某湖泊曾处于重度富营养化状态，水面漂浮着大量浮游藻类。管理部门通过控源、清淤、换水以及引种沉水植物等手段，成功实现了水体生态恢复。引种的3种多年生草本沉水植物(①金鱼藻、②黑藻、③苦草，答题时植物名称可用对应序号表示)在不同光照强度下光合速率及水质净化能力见图。
回答下列问题：
(1)湖水富营养化时，浮游藻类大量繁殖，水体透明度低，湖底光照不足。原有沉水植物因光合作用合成的有机物少于______________的有机物，最终衰退和消亡。
呼吸作用消耗
(2)生态恢复后，该湖泊形成了以上述3种草本沉水植物为优势的群落垂直结构，从湖底到水面依次是__________________________________________，其原因是___________________________________________________________。
③(苦草)、②(黑藻)、①(金鱼藻)
最大光合速率对应光照强度依次升高
(3)为了达到湖水净化的目的，选择引种上述3种草本沉水植物的理由是____________________________________________________________________________________________________________________________，三者配合能实现综合治理效果。
3种植物在湖泊中的分布具有明显的垂直分层现象，3种植物的种间竞争小且①(金鱼藻)除藻率高，②(黑藻)除氮率高，③(苦草)除磷率高
(4)上述3种草本沉水植物中只有黑藻具C4光合作用途径(浓缩CO2形成高浓度C4后，再分解成CO2传递给C5)使其在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用，在水生植物群落中竞争力较强。根据图a设计一个简单的实验方案，验证黑藻的碳浓缩优势，完成下列表格。
实验设计方案
实验材料 对照组：________ 实验组：黑藻
实验条件 控制光照强度为______ μmol·m－2·s－1
营养及环境条件相同且适宜，培养时间相同
控制条件 ____________________________________________________
测量指标 ____________________________________________________
①(金鱼藻)
500
CO2浓度较低且相同
O2释放量
(5)目前在湖边浅水区种植的沉水植物因强光抑制造成生长不良，此外，大量沉水植物叶片凋落，需及时打捞，增加维护成本。针对这两个实际问题从生态学角度提出合理的解决措施：___________________________________________
___________________________________________________________________。
合理引入浮水植物，减弱沉水植物的光照强度；合理引入以沉水植物凋落叶片为食的生物
解析　(1)植物光合作用合成的有机物减去呼吸作用消耗的有机物为植物有机物的积累量，有机物的积累量大于0时，植物可正常生长。若光合作用合成的有机物少于呼吸作用消耗的有机物，会使植物衰退和消亡。(2)植物的分层与对光的利用有关，从水面到湖底光照强度逐渐减弱，由图a可知，3种植物达到最大光合速率所需的光照强度大小为③<②<①(苦草<黑藻<金鱼藻)，故从湖底到水面依次为③②①(或苦草、黑藻、金鱼藻)。(3)由(2)可知，3种植物在湖泊中的分布具有明显的垂直分层现象，这使得3种植物的种间竞争小。此外由图b可知，三种植物均具有良好的氮、磷元素和藻类的去除能力，因此三者配合能实现综合治理效果。
(4)由题干可知，实验目的为验证黑藻的碳浓缩优势使得黑藻在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用，因此本实验的自变量为水生植物的种类，无关变量为光照强度、营养及环境条件等。为排除光照强度对水生植物光合作用的影响，应选择在同一光照强度下，与黑藻光合速率相近的水生植物，由图a可知，光照强度为500 μmol·m－2·s－1时，金鱼藻与黑藻具有相等的光合速率，因此对照组选择的水生植物为金鱼藻，控制光照强度为500 μmol·m－2·s－1。控制条件为使水体中的CO2维持在较低水平，可通过检测单位时间内单位水体中O2浓度的变化量来测定净光合速率。(5)为解决“浅水区种植的沉水植物因强光抑制造成生长不良”的问题，可适当种植浮水植物或挺水植物遮挡强光；为解决“大量沉水植物叶片凋落，需及时打捞，增加维护成本”的问题，可适当引入以沉水植物凋落叶片为食的生物。
2.景天科植物
名师解读　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炎热干旱地区，其特点是气孔夜间开放，吸收并固定CO2，形成以苹果酸为主的有机酸，储存于液泡中；白天时气孔关闭，不吸收CO2，但同时却通过卡尔文循环将从苹果酸中释放的CO2还原为糖，该机制也称CAM途径。
②从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚该类植物不能合成葡萄糖，原因是没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。
③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。
④分析图中信息推测，CAM途径是对干旱环境的适应；该途径除维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。
[例2] (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过度失水
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出CO2用于光合作用，同时叶肉细胞也进行细胞呼吸，细胞呼吸释放出来的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可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，由于白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，可判断苹果酸分解释放出CO2后液泡中酸性下降或趋于中性，因此实验中需要检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡的pH。
3.光呼吸
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会竞争Rubisco酶，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：
名师解读　①光呼吸的不利影响：消耗掉暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。
②光呼吸的有利影响：强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，这些自由基会损伤叶绿体。而强光下，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高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。
[例3] (2024·广东深圳市调研)植物消耗氧气，将RuBP(C5)转化成二氧化碳的过程称作光呼吸。RuBP羧化酶/氧化酶(Rubisco)不仅能催化CO2与RuBP进行羧化反应，还能催化氧气与RuBP的氧化反应，相关过程如下图所示。回答下列问题。
(1)Rubisco催化RuBP的羧化反应发生在真核细胞的___________(具体部位)，这一过程称作__________，反应形成的产物被_____________________还原为糖类。
叶绿体基质
CO2的固定
NADPH(还原型辅酶Ⅱ)
(2)当CO2/O2比值________(填“较高”或“较低”)时，更有利于植物进行羧化反应。对农作物的研究表明甲醇可以抑制光呼吸，已知植物细胞的光呼吸与乙醇酸氧化酶活性呈正相关，结合题干信息推测甲醇抑制光呼吸的机制是___________________________________________________________________。
较高
甲醇通过抑制乙醇酸氧化酶的活性来抑制光呼吸
(3)在小麦、水稻等C3作物中，光呼吸导致光合作用的转化效率降低20%～50%，根据Rubisco的特性，改良作物的措施有______________________________
_______________________________________________________________________________________(答出2点)。
改造Rubisco，使其具有更高的CO2亲和力和催化效率；改进或者增加植物浓缩CO2机制，提升Rubisco附近的CO2浓度
解析　(1)Rubisco催化CO2与RuBP进行羧化反应，CO2与RuBP反应过程被称为CO2的固定，发生在叶绿体基质中，CO2与RuBP反应的产物(C3)接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原，转化为糖类。(2)当CO2的含量较高时，CO2更容易与RuBP进行羧化反应，故当CO2/O2比值较高时，更有利于植物进行羧化反应。甲醇可以抑制光呼吸，且植物细胞的光呼吸与乙醇酸氧化酶活性呈正相关，故可推测甲醇通过抑制乙醇酸氧化酶的活性来抑制光呼吸。(3)为了降低植物的光呼吸作用，可以改造Rubisco，使其具有更高的CO2亲和力和催化效率；改进或者增加植物浓缩CO2机制，提升Rubisco附近的CO2浓度。
4.光合产物及运输
名师解读　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。
5.蓝细菌的CO2浓缩机制
蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。
注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。
由图可知蓝细菌通过CO2浓缩机制使羧化体中Rubisco周围的CO2浓度升高，从而通过促进CO2固定进行光合作用，最终提高光合效率。限时练5　电子传递链及化学渗透假说、C4植物与光呼吸等特殊代谢类型
(时间：40分钟　分值：50分)
【综合提升】
1.(12分)(2024·山东滕州一中模拟)如图为光反应示意图，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是相关蛋白质，其中PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中。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。据图回答下列问题。
(1)(3分)上图说明生物膜具有________________功能。与植物细胞膜上的蛋白质相比，类囊体薄膜上的蛋白质具有的独特功能是
__________________________________________________________________。
(2)(3分)O2是水光解的产物，其中需要的光能是通过________(填“PSⅠ”或“PSⅡ”)吸收利用的。在光系统Ⅰ中发生的物质变化是__________________。NADPH和ATP中都有化学能，NADPH中的化学能来自____________(填光系统名称)吸收和转换的光能。
(3)(4分)类囊体薄膜上的ATP合成酶是一种可逆性复合酶，既能利用____________(能量)合成ATP，又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙。线粒体和细菌中的ATP合成酶分布的场所分别是________________________。
(4)(2分)某种农药与PQ竞争限制了电子传递的速率，若用该农药处理破坏内外膜的叶绿体，会导致ATP的含量________(填“显著上升”“显著下降”或“不变”)。
2.(15分)(2024·河南青桐鸣联考)根据光合作用碳同化的最初产物的不同，人们将植物分为C3植物和C4植物，它们在解剖结构、能量代谢和适应性上均存在差异。Rubisco是双功能酶，在CO2/O2的值高时，能催化CO2与RuBP结合形成C3，在CO2/O2的值低时，能催化O2与RuBP结合释放CO2，后者称作光呼吸。图1为夏季晴朗的白天，两种植物叶片光合作用强度的曲线图。请回答下列问题。
(1)(4分)在10：00～12：00期间，植物B的光合作用强度下降，原因是气孔关闭，________________________，暗反应速率减弱。此时，植物B光呼吸速率________。
(2)(7分)植物A的光合作用存在C4途径(过程如图2)，与Rubisco相比，PEP羧化酶与CO2的亲和力更强。
①该植物生成NADPH的细胞是________。
②低CO2环境下，植物A富集CO2的机制是
_________________________________________________________________。
在干旱胁迫下，与植物B相比，植物A表现出较低的光呼吸速率，原因是
_________________________________________________________________。
(3)(4分)科学家将玉米PEP羧化酶基因导入水稻(C3植物)细胞，水稻光合作用强度能否提高，并写出判断依据：___________________________________
________________________________________________________________。
3.(13分)(2024·黑吉辽卷，21)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
在叶绿体中：C5＋CO22C3①
C5＋O2C3＋C2②
在线粒体中：2C2＋BAD′C3＋CO2＋NADH＋H＋③
注：C2表示不同种类的二碳化合物，C3也类似。
图1
(1)(2分)反应①是________过程。
(2)(4分)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是________和________。
(3)(5分)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自________和________(填生理过程)。7～10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
据图3中的数据________(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是_____________________________________________________________
_________________________________________________________________。
图2
图3
(4)(2分)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是______________________________________________________
__________________________________________________________________。
4.(10分)(2023·辽宁高考适应性测试)图1为叶绿体中卡尔文循环的三个阶段和碳输出的过程，图2为卡尔文循环中某些酶活性转换的示意图，请据图回答：
(1)(4分)图1中②过程需要的能量由____________提供，③过程需要的酶位于________。
(2)(4分)精细的调控机制保障了卡尔文循环中能量的有效利用：
①当叶绿体中RuBP含量低时，可通过________________的方式增加其含量。
②丙糖磷酸通过叶绿体膜上的Pi运转器运入细胞质的同时将等量的Pi运入叶绿体。丙糖磷酸合成蔗糖时会释放Pi，如果蔗糖的输出受阻，则其合成速率会________(填“升高”或“降低”)，造成丙糖磷酸在叶绿体中积累，从而影响卡尔文循环的正常运转。
③卡尔文循环中酶的数量和活性都会受到调控，其酶数量可以通过调控________________________的表达水平来实现。图2表示卡尔文循环中某些酶在黑暗中巯基会氧化形成________键，从而使酶失活。
(3)(2分)图1中①过程的酶催化效率极低，而且该酶是双功能酶，当CO2与O2浓度比例__________(填“高”或“低”)时，该酶能催化RuBP和O2结合，从而使光合作用速率降低。
限时练5　电子传递链及化学渗透假说、C4植物与光呼吸等特殊代谢类型
1.(1)控制物质进出、能量转化、催化　传递电子，在光能转换中发挥作用　(2)PSⅡ　NADP＋＋H＋→NADPH　PSⅠ和PSⅡ
(3)H＋提供的电化学势能(或质子动力势)　线粒体内膜、细胞膜
(4)显著下降
解析　(1)题图说明生物膜具有控制物质进出、能量转化、催化功能；传递电子并且在光能转换中发挥作用是类囊体薄膜上的蛋白质具有的独特功能。(2)由图可知，O2是水光解的产物，需要的光能是通过PSⅡ吸收利用的。在光系统Ⅰ发生的物质变化是NADP＋＋H＋→NADPH，NADPH和ATP中都有化学能，NADPH中的化学能来自PSⅠ和PSⅡ吸收和转换的光能。(3)ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，利用类囊体薄膜两侧的H＋浓度差，类囊体薄膜上的ATP合成酶合成了ATP，所以ATP合成酶既能利用H＋提供的电化学势能(质子动力势)合成ATP，又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙。线粒体和细菌中的ATP合成酶分布的场所分别是线粒体内膜、细胞膜。(4)由图知，ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，利用类囊体薄膜两侧的H＋浓度差，类囊体薄膜上的ATP合成酶合成了ATP，因此若某种农药与PQ竞争限制了电子传递的速率，则用该农药处理破坏内外膜的叶绿体，会导致ATP的含量显著下降。
2.(1)CO2供应量(吸收量)减少　增强
(2)①叶肉细胞　②在PEP羧化酶的作用下将低浓度CO2合成C4，并转运到维管束鞘细胞，分解为CO2和丙酮酸　(C4植物固定CO2能力强，)维管束鞘细胞中CO2/O2的值较高　(3)能，PEP与CO2结合产生C4，C4可分解成丙酮酸和CO2，能抑制光呼吸(或不能，只产生C4，不确定能否产生CO2；水稻是C3植物，结构与C4植物不同)
解析　(1)Rubisco是双功能酶，在CO2/O2的值高时，能催化CO2与RuBP结合形成C3，在CO2/O2的值低时，能催化O2与RuBP结合释放CO2，后者称作光呼吸。由图可知，在10：00～12：00期间，植物B的光合作用强度下降(光合午休现象)，原因是光照过强，气孔大量关闭，导致进入细胞间隙的CO2减少，暗反应速率减弱，此时段CO2/O2的值降低，则植物B光呼吸速率增强。(2)①光反应阶段可生成NADPH，场所为叶绿体类囊体薄膜。由图可知，叶肉细胞中有类囊体，维管束鞘细胞中没有类囊体，则该植物生成NADPH的细胞是叶肉细胞。②植物A中PEP羧化酶与CO2的亲和力更强，低CO2环境下，在PEP羧化酶的催化下，CO2与PEP结合形成C4，C4转运到维管束鞘细胞，分解为CO2和丙酮酸。在干旱胁迫下，植物A表现出较低的光呼吸速率，这是因为植物A中C4途径使得维管束鞘细胞中CO2浓度提高，促进了CO2固定形成C3的过程，抑制了光呼吸。
3.(1)CO2的固定
(2)细胞质基质　线粒体基质
(3)光呼吸　呼吸作用　净光合速率＝总光合速率－呼吸速率(包含光呼吸)，7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，又因光呼吸与暗反应竞争结合C5，所以会促进暗反应中CO2的固定，提高光合作用速率　不能　总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率(包含光呼吸)，因横坐标CO2浓度的改变，光呼吸释放CO2也在改变，无法算出总光合速率
(4)与株系2和WT相比，转基因株系1的净光合速率最大
解析　(1)在光合作用的暗反应过程中，CO2在特定酶的作用下，与C5结合形成两个C3，这个过程称作CO2的固定，故反应①是CO2的固定过程。(2)有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和NADH，合成少量ATP，故以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质和线粒体基质。(3)由图1可知，在线粒体中进行光呼吸的过程中，也会产生二氧化碳，因此植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸和呼吸作用。净光合速率＝总光合速率－呼吸速率(包含光呼吸)，7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，又因光呼吸与暗反应竞争结合C5，所以会促进暗反应中CO2的固定，提高光合作用速率，因此与WT相比，株系1和2的净光合速率较高。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率(包含光呼吸)，因横坐标CO2浓度的改变，光呼吸释放CO2也在改变，无法算出总光合速率。(4)由图2、图3可知，与株系2和WT相比，转基因株系1的净光合速率最大，因此选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势。
4.(1)ATP和NADPH　叶绿体基质　(2)①抑制丙糖磷酸输出循环　②降低　③细胞核和叶绿体基因　二硫　(3)低
解析　(1)由图分析可知，②过程需要的能量由ATP和NADPH提供。③过程属于暗反应，因此需要的酶位于叶绿体基质。(2)①RuBP是由丙糖磷酸还原得来的，当叶绿体中RuBP含量低时，丙糖磷酸可以不输出，增强图中③过程。②由题可知，丙糖磷酸合成蔗糖时会释放Pi，如果蔗糖的输出受阻，则蔗糖合成速率会降低，Pi的释放会减少，则丙糖磷酸运入细胞质减少，会造成其在叶绿体中积累，从而影响卡尔文循环的正常运转。③卡尔文循环中酶的数量和活性都会受到调控，其中酶的数量可以通过调控细胞核和叶绿体基因的表达来实现。由图2可知，某些酶在黑暗中巯基会氧化形成二硫键，从而使酶失活。(3)①过程是CO2的固定，当CO2与O2浓度比例低时，该酶能催化RuBP和O2结合，进行光呼吸，从而使光合作用速率降低。

展开更多......

收起↑