情境預(yù)測
水稻、小麥等植物是C3植物，這類植物在干旱、炎熱的環(huán)境下，氣孔會關(guān)閉，故長期處于高溫、干燥環(huán)境中，C3植物會減產(chǎn)；玉米、甘蔗等植物是C4植物，體內(nèi)有特殊的結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)高溫、干燥環(huán)境。右圖為某C4植物的暗反應(yīng)過程（包括C3途徑和C4 途徑）。
命題點：考查C3與C4植物的光合作用的題型往往以圖形題的形式出現(xiàn)，圖形展示了C3與C4途徑，要求考生依據(jù)圖形，結(jié)合題干信息和教材內(nèi)容，綜合分析后進行解答。
考查光呼吸的題型會給出光呼吸的簡圖或較復(fù)雜的圖示，考查的內(nèi)容往往涉及光呼吸的過程分析、光呼吸與細胞呼吸的區(qū)別、光呼吸與光合作用的聯(lián)系等。
重難詮釋

自然界中的綠色植物根據(jù)光合作用暗反應(yīng)過程中CO2的固定途徑不同可以分為C3、C4和CAM三種類型。
1．C3途徑：也稱卡爾文循環(huán)，整個循環(huán)由RuBP(C5)與CO2的羧化開始到RuBP(C5)再生結(jié)束，在葉綠體基質(zhì)中進行，可合成蔗糖、淀粉等多種有機物。常見C3植物有大麥、小麥、大豆、菜豆、水稻、馬鈴薯等。
2．C4途徑：研究玉米的葉片結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，玉米的維管束鞘細胞和葉肉細胞緊密排列(如圖1)。葉肉細胞中的葉綠體有類囊體能進行光反應(yīng)，同時，CO2被整合到C4化合物中，隨后C4化合物進入維管束鞘細胞，維管束鞘細胞中沒有完整的葉綠體，在維管束鞘細胞中，C4化合物釋放出的CO2參與卡爾文循環(huán)，進而生成有機物(如圖2)。PEP羧化酶被形象地稱為“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有較強光合作用(特別是在高溫、光照強烈、干旱條件下)能力，并且無光合午休現(xiàn)象。常見C4植物有玉米、甘蔗、高粱、莧菜等。
3．CAM途徑：CAM植物夜間吸進CO2，淀粉經(jīng)糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，CO2與PEP結(jié)合，生成草酰乙酸，進一步還原為蘋果酸儲存在液泡中。從而表現(xiàn)出夜間淀粉減少，蘋果酸增加，細胞液pH下降。而白天氣孔關(guān)閉，蘋果酸轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中脫羧，放出CO2，進入C3途徑合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再還原成三碳糖，最后合成淀粉或者轉(zhuǎn)移到線粒體，進一步氧化釋放CO2，又可進入C3途徑。從而表現(xiàn)出白天淀粉增加，蘋果酸減少，細胞液pH上升。常見的CAM植物有菠蘿、蘆薈、蘭花、百合、仙人掌等。
4．C3植物、C4植物和CAM植物的比較
C3途徑是碳同化的基本途徑，C4途徑和CAM途徑都只起固定CO2的作用，最終還是通過C3途徑合成有機物。
限時檢測 （限時30分鐘）
1．（2024·全國·高三專題練習(xí)）自然界的植物豐富多樣，對環(huán)境的適應(yīng)各有差異，自卡爾文發(fā)現(xiàn)光合作用中碳元素的行蹤后，又有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)碳元素行蹤的其他路徑。請據(jù)圖回答下列問題。
(1)圖1是C3植物碳元素代謝途徑的示意圖。①、②、③、④代表的是物質(zhì)，A、B、C、D代表的是生理過程，則①、④依次是 、 ；D過程是 ，ATP的合成除發(fā)生在A過程外，還發(fā)生在 過程。
(2)C3植物在干旱、炎熱的環(huán)境中，由于氣孔關(guān)閉造成 ，從而不利于光合作用。
(3)圖2是C4植物和CAM植物利用CO2途徑的示意圖。據(jù)圖分析，這兩類植物固定CO2的酶比C3植物多一種 酶，該酶比Rubisc對CO2的親和力大且不與O2親和，具有該酶的植物更能適應(yīng) 的環(huán)境。
(4)由圖2可知，C4植物是在不同 進行CO2的固定，而CAM植物是在不同 進行CO2固定。典型的CAM植物如仙人掌在夜晚吸收的CO2能否立即用于C3途徑? （填“能”或“不能”），可能的原因是 。
【答案】(1) 氧氣 C5 有氧呼吸二、三階段 CD/DC
(2)CO2不能進入葉片，同時引起O2在細胞內(nèi)積累
(3) PEP羧化 低CO2濃度
(4) 細胞 時間 不能 沒有光照光反應(yīng)不能正常進行，無法為暗反應(yīng)提供足夠ATP和[H]（NADPH）
【分析】光合作用過程極為復(fù)雜，包括許多化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)是否需要光能參與，光合作用過程分為兩個階段。
1、光反應(yīng)階段：必須有光能才能進行，在葉綠體內(nèi)的類囊體結(jié)構(gòu)上進行的。完成兩個轉(zhuǎn)變：（1）水分子分解成氧和氫，氧直接以分子形式釋放，氫則被傳遞到葉綠體內(nèi)的基質(zhì)中。實現(xiàn)了光能向活躍化學(xué)能轉(zhuǎn)變，即生成還原氫。（2）在有關(guān)酶的催化下，促成ADP與Pi發(fā)生反應(yīng)形成ATP。實現(xiàn)了光能的轉(zhuǎn)換，能量儲存在ATP中可被各種代謝過程利用。能量：光能一部分儲存在ATP和還原氫中，一部分以熱能散失物質(zhì)：水分解為氧氣、還原態(tài)氫。
2、暗反應(yīng)階段：沒有光能也可以進行，在葉綠體基質(zhì)中進行。（1）場所：類囊體膜上（2）過程：第一步：二氧化碳的固定： 從外界吸收的二氧化碳，與一種含有五個碳的化合物結(jié)合。第二步：三碳化合物的還原CO2被固定后，形成兩個含有三個碳原子的化合物，在酶的催化作用下，一些接受ATP釋放出的能量并且被氫［H］還原。
【詳解】（1）圖1是C3植物碳元素代謝途徑的示意圖。A表示光反應(yīng)階段、B表示暗反應(yīng)階段、C表示呼吸作用第一階段、D代表的是有氧呼吸的第二階段和第三階段，該過程發(fā)生的場所是線粒體。①是O2、②是NADPH、③ADP、Pi、④代表的是C5，ATP的合成除發(fā)生在A過程外，還發(fā)生在有氧呼吸的三個階段，即CD過程。
（2）在干旱、炎熱的環(huán)境中，C3植物由于氣孔關(guān)閉，造成CO2不能進入葉片，同時引起O2在細胞內(nèi)積累，抑制光反應(yīng)和暗反應(yīng)的進行，從而不利于光合作用。
（3）據(jù)圖2分析，C4植物植物固定CO2的酶比C3植物多一種PEP羧化酶，CAM植物固定CO2的酶比C3植物也多一種PEP羧化酶。該酶比Rubisc對CO2的親和力大，所以具有該酶的植物更能適應(yīng)CO2濃度較低的環(huán)境。
（4）由圖2可知，C4植物是在葉肉細胞的細胞質(zhì)基質(zhì)和維管束鞘細胞的葉綠體中進行CO2的固定的，故C4植物是在不同細胞中進行CO2的固定；而CAM植物是晚上在葉肉細胞的細胞質(zhì)基質(zhì)進行CO2固定，白天在葉肉細胞葉綠體中進行CO2固定的，所以CAM植物是在不同時間進行CO2固定。典型的CAM植物如仙人掌在夜晚吸收的CO2不能立即用于C3途徑，可能的原因是沒有光照，光反應(yīng)不能正常進行，無法為暗反應(yīng)提供足夠ATP和[H] （NADPH）進行C3化合物的還原過程。
【點睛】本題重點考查植物的光合作用的過程。難點是通過圖示信息對比不同植物的光合作用固定CO2的區(qū)別。
2．（2024·江西·校聯(lián)考模擬預(yù)測）夏日正午的陽光強烈，沉水植物海菜花光合作用旺盛，產(chǎn)生大量的 O2使水體的溶解氧處于飽和狀態(tài)。此時水體中的CO2被大量消耗，會誘導(dǎo)海菜花啟動 C4 代謝途徑，過程如圖所示。在低CO2和高O2情況下，Rubisc酶催化加氧反應(yīng)，即吸收 O2產(chǎn)生CO2，該反應(yīng)過程稱為光呼吸?；卮鹣铝袉栴}：
(1)海菜花光反應(yīng)發(fā)生的場所是 ，圖中為光合作用提供原料的無機物有水分和 （答兩種）等。海菜花葉肉細胞中丙酮酸產(chǎn)生的場所有 。
(2)在高 O2低CO2條件下，C3發(fā)生氧化并產(chǎn)生光呼吸的底物 ；在強光下，光反應(yīng)轉(zhuǎn)換的能量超過暗反應(yīng)的需要時，會對細胞造成傷害，此時光呼吸可對細胞起到保護作用，原因是 。光呼吸是一種 （填“吸能”或“放能”）反應(yīng)。
(3)圖中催化CO2固定的兩種酶（PEPC、Rubisc）中，與 CO2 ( )親和力較高的是 PEPC，原因是 。
(4)科研人員根據(jù)對光呼吸機理的研究，利用基因編輯技術(shù)設(shè)計了以下實驗：A 組實驗，即在海菜花葉綠體中完成光呼吸全過程的替代途徑，該途徑乙醇酸也能降解并產(chǎn)生CO2; B組實驗，即在基因編輯基礎(chǔ)上同時利用RNA干擾技術(shù)，降低葉綠體膜上乙醇酸轉(zhuǎn)運蛋白的表達量；C組實驗為不作基因編輯。檢測三種不同類型植株的光合速率發(fā)現(xiàn)B組光合速率最高，分析其原因可能是 ，進而促進光合作用過程。
【答案】(1) （葉綠體）類囊體薄膜 CO2、 葉綠體基質(zhì)和細胞質(zhì)基質(zhì)
(2) 乙醇酸 光呼吸可消耗過剩的能量ATP和NADPH 吸能
(3)與Rubisc相比，PEPC能固定和利用較低濃度的CO2
(4)乙醇酸轉(zhuǎn)運蛋白減少，使葉綠體內(nèi)乙醇酸濃度升高，乙醇酸降解產(chǎn)生大量CO2，用于暗反應(yīng)；基因編輯后降解乙醇酸產(chǎn)生CO2的速率更快，效率更高等
【分析】根據(jù)暗反應(yīng)過程分析可知，二氧化碳與五碳化合物生成三碳化合物的過程不需要消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP，而三碳化合物的還原需要。
【詳解】（1）光反應(yīng)發(fā)生的場所是（葉綠體）類囊體薄膜，圖示中光合作用提供原料的無機物有水分和CO2、HCO3?。海菜花葉肉細胞中丙酮酸產(chǎn)生的場所有葉綠體基質(zhì)和細胞質(zhì)基質(zhì)。
（2）在高 O2低CO2條件下，C3發(fā)生氧化并產(chǎn)生光呼吸的底物乙醇酸，光呼吸可消耗過剩的能量ATP和NADPH，因此光呼吸可對細胞起到保護作用，說明光呼吸是一種吸能反應(yīng)。
（3）與Rubisc相比，PEPC能固定和利用較低濃度的CO2，因此與PEPC 對CO2 (HCO3- )親和力較高。
（4）由于乙醇酸轉(zhuǎn)運蛋白減少，使葉綠體內(nèi)乙醇酸濃度升高，乙醇酸降解產(chǎn)生大量CO2，用于暗反應(yīng)；基因編輯后降解乙醇酸產(chǎn)生CO2的速率更快，效率更高等原因進而促進光合作用過程，導(dǎo)致B組光合速率最高，
3．（2024·江西·校聯(lián)考模擬預(yù)測）菠菜屬于C3植物，其葉肉細胞能進行光合作用。玉米屬于C4植物，葉肉細胞和維管束鞘細胞共同完成光合作用，過程如圖所示，其葉肉細胞的葉綠體固定CO2的酶（PEP羧化酶）與CO2的親和力強于C3植物。請回答下列問題：
(1)玉米維管束鞘細胞 （填“能”或“不能”）進行光反應(yīng)，理由是 ，C3還原需要的ATP和NADPH來自 的葉綠體。維管束鞘細胞中丙酮酸除了來自C4的分解，還可來自 （填生理過程）。
(2) （填“菠菜”或“玉米”）更適宜種植在低濃度CO2的環(huán)境中，理由是 。
(3)若CO2供應(yīng)突然減少，菠菜葉肉細胞中C3/C5的比值短時間內(nèi)將 ，原因是 。
(4)玉米葉肉細胞結(jié)構(gòu)完整，但不能獨立進行光合作用，原因可能是 。
【答案】(1) 不能 玉米維管束鞘細胞無基粒（或無類囊體） 葉肉細胞 細胞呼吸
(2) 玉米 玉米葉肉細胞中PEP羧化酶與CO2的親和力強，能利用較低濃度的CO2
(3) 減小 CO2供應(yīng)突然減少，CO2的固定減弱，C5的消耗和C3的生成減少
(4)缺少暗反應(yīng)相關(guān)的酶
【分析】光合作用的光反應(yīng)階段（場所是葉綠體的類囊體膜上）：水的光解產(chǎn)生NADPH與氧氣，以及ATP的形成。光合作用的暗反應(yīng)階段（場所是葉綠體的基質(zhì)中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反應(yīng)提供的ATP和NADPH的作用下還原生成有機物。
【詳解】（1）由題圖可知，玉米維管束鞘細胞的葉綠體沒有基粒（類囊體），而光反應(yīng)所需的光合色素和酶位于類囊體，故玉米維管束鞘細胞不能進行光反應(yīng)。C3還原需要的ATP和NADPH來自光反應(yīng)，據(jù)圖分析可知葉肉細胞的葉綠體含有類囊體，能進行光反應(yīng)，故C3還原需要的ATP和NADPH來自葉肉細胞的葉綠體。圖中C4可分解成丙酮酸，細胞呼吸第一階段葡萄糖在酶的催化下也能產(chǎn)生丙酮酸。
（2）菠菜屬于C3植物，與C3植物相比，C4植物如玉米的葉肉細胞中的PEP羧化酶對CO2具有更強的親和力，可以把大氣中濃度很低的CO2固定下來，并集中到維管束鞘細胞內(nèi)的葉綠體中被利用，提高光合作用效率，可見與菠菜相比，玉米適宜種植在CO2濃度低的環(huán)境中。
（3）CO2是暗反應(yīng)的原料，若CO2供應(yīng)突然減少，則CO2的固定減弱，C5的消耗減少、C3的生成減少，菠菜葉肉細胞中短時間內(nèi)C5的含量增加、C3的含量減少，C3/C5的比值將減小。
（4）玉米葉肉細胞結(jié)構(gòu)完整，雖然含有類囊體，但不含Rubisc，缺少暗反應(yīng)相關(guān)的酶，故不能獨立進行光合作用。
4．（2024上·湖南衡陽·高三衡陽市八中?？茧A段練習(xí)）圖1是在溫度和CO2等其他因素均適宜的條件下測定的玉米葉和小麥葉的總光合速率與呼吸速率的比值（P/R）與光照強度的關(guān)系，同時測定了小麥和玉米葉肉細胞的D1蛋白、F蛋白及氧氣釋放速率的相對量，結(jié)果如下表所示（+多表示量多）。已知葉綠素a通常與D1蛋白等物質(zhì)結(jié)合，構(gòu)成光合復(fù)合體PSⅡ（可使水發(fā)生光解）。
(1)用紙層析法分離光合色素，可以根據(jù)濾紙條上色素帶的位置判斷4種色素在層析液中 的大小。PSⅡ中的葉綠素a在轉(zhuǎn)化光能中起到關(guān)鍵作用，葉綠素a在光能激發(fā)下失去電子，并最終從水中獲取電子使水分解產(chǎn)生氧氣。電子在類囊體膜上形成電子流，并由電子流驅(qū)動生成NADPH和ATP，據(jù)此分析，在光反應(yīng)過程中，能量類型的轉(zhuǎn)換過程是 。
(2)結(jié)合表中信息分析，在圖1中的d光強下，玉米葉的總光合速率 （填“大于”、“等于”或“小于”）小麥葉的總光合速率。
(3)D1蛋白極易受到強光破壞，被破壞的D1蛋白降解后，空出相應(yīng)的位置，新合成的DI蛋白才能占據(jù)相應(yīng)位置，使PSⅡ得以修復(fù)。葉綠素酶（CLH）可催化葉綠素a降解，結(jié)合態(tài)的葉綠素a不易被降解。CLH與F蛋白結(jié)合后可催化被破壞的D1蛋白的降解。結(jié)合表中信息分析，在強光下玉米葉的氧氣釋放速率比小麥葉降低更慢的原因是 。
(4)玉米稱為C4植物，其光合作用的暗反應(yīng)過程如圖2所示，酶1為PEP羧化酶，可以固定低濃度的CO2形成C4，酶2為RuBP羧化酶，可以固定高濃度的CO2形成C3，對低濃度的CO2沒有固定能力。則酶1固定CO2的能力比酶2 （填“強”或“弱”）。小麥葉肉細胞沒有酶1催化生成C4的過程，稱為C3植物，其光合作用均在葉肉細胞完成。據(jù)上述信息分析，與小麥相比，玉米更適應(yīng)高溫、干旱環(huán)境的原因是 。
【答案】(1) 溶解度 光能→電能→化學(xué)能
(2)大于
(3)強光下，玉米葉比小麥葉含有更多的CLH和F，二者結(jié)合后能及時將被破壞的D1蛋白降解，使PSⅡ更快恢復(fù)；玉米結(jié)合態(tài)的葉綠素a分子比小麥減少慢，水光解速率降低慢
(4) 強 高溫、干旱條件下，氣孔部分關(guān)閉，葉片內(nèi)CO2濃度低；玉米和小麥相比含有酶1，可以固定低濃度的CO2，正常進行暗反應(yīng)（光合作用）。
【分析】光合作用包括光反應(yīng)和暗反應(yīng)階段：
1、光反應(yīng)階段是在類囊體的薄膜上進行的。葉綠體中光合色素吸收的光能將水分解為氧和H+，氧直接以氧分子的形式釋放出去，H+與氧化型輔酶Ⅱ（NADP+）結(jié)合，形成還原型輔酶Ⅱ（NADPH）。還原型輔酶Ⅱ作為活潑的還原劑，參與暗反應(yīng)階段的化學(xué)反應(yīng)，同時也儲存部分能量供暗反應(yīng)階段利用；在有關(guān)酶的催化作用下，提供能量促使ADP與Pi反應(yīng)形成ATP。
2、暗反應(yīng)在葉綠體基質(zhì)中進行，在特定酶的作用下，二氧化碳與五碳化合物結(jié)合，形成兩個三碳化合物。在有關(guān)酶的催化作用下，三碳化合物接受ATP和NADPH釋放的能量，并且被NADPH還原。一些接受能量并被還原的三碳化合物，在酶的作用下經(jīng)過一系列的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為糖類；另一些接受能量并被還原的三碳化合物，經(jīng)過一系列變化，又形成五碳化合物。
【詳解】（1）用紙層析法分離色素的原理是各色素隨層析液在濾紙上擴散速度不同，從而分離色素。溶解度大，擴散速度快；溶解度小，擴散速度慢。故可以根據(jù)濾紙條上色素帶的位置判斷4種色素在層析液中溶解度的大小。
葉綠素a在光能激發(fā)下失去電子，并最終從水中獲取電子使水分解產(chǎn)生氧氣。電子在類囊體膜上形成電子流，該過程中將光能轉(zhuǎn)化為電能，通過光合電子傳遞鏈，電能最終轉(zhuǎn)化為 ATP和NADPH中的化學(xué)能，因此，在光反應(yīng)過程中，能量類型的轉(zhuǎn)換過程是光能→電能→化學(xué)能。
（2）結(jié)合表中信息分析，在圖1中的d光強下，玉米的氧氣釋放速率大于小麥的氧氣釋放速率，說明玉米的凈光合速率大于小麥葉的凈光合速率，在d光照強度下，玉米的總光合速率與呼吸速率的比值=小麥的總光合速率與呼吸速率的比值，已知總光合速率=凈光合速率+呼吸速率，可得方程式（玉米的凈光合速率+玉米的呼吸速率）/玉米的呼吸速率=（小麥的凈光合速率+小麥的呼吸速率）/小麥的呼吸速率，可轉(zhuǎn)化為玉米的凈光合速率/玉米的呼吸速率=小麥的凈光合速率/小麥的呼吸速率，已知玉米的凈光合速率大于小麥葉的凈光合速率，說明玉米的呼吸速率也大于小麥的呼吸速率，故玉米葉的總光合速率大于小麥葉的總光合速率。
（3）在強光下，玉米中的D1蛋白含量高于小麥，葉綠素a通常與D1蛋白等物質(zhì)結(jié)合，構(gòu)成光合復(fù)合體PSⅡ，光合復(fù)合體PSⅡ可使水發(fā)生光解產(chǎn)生氧氣。且玉米葉比小麥葉含有更多的CLH和F蛋白，二者結(jié)合后能及時將被破壞的D1蛋白降解，使PSⅡ更快恢復(fù)；玉米結(jié)合態(tài)的葉綠素a分子比小麥減少慢，水光解速率降低慢。
（4）酶1可以固定低濃度的CO2形成C4，酶2對低濃度的CO2沒有固定能力，因此酶1固定CO2的能力比酶2強。
小麥葉肉細胞沒有酶1催化生成C4的過程，高溫、干旱條件下，氣孔部分關(guān)閉，葉片內(nèi)CO2濃度低，玉米和小麥相比含有酶1，可以固定低濃度的CO2，正常進行暗反應(yīng)（光合作用），因此與小麥相比，玉米更適應(yīng)高溫、干旱環(huán)境。
5．（2024·山東濱州·?？寄M預(yù)測）根據(jù)光合作用中固定CO2方式，可將植物分為C3植物和C4植物等類型。一些C4植物的葉肉細胞和維管束鞘細胞都含有葉綠體，但后者葉綠體缺乏基粒，兩類細胞之間有大量的胞間連絲；葉肉細胞含磷酸烯醇式丙酮酸化酶（PEPC）。該酶具有高CO2親和力，可在低濃度CO2條件下高效固定CO2。
如圖表示C4植物光合作用的基本反應(yīng)過程，回答下列問題：
(1)C4植物的 細胞吸收轉(zhuǎn)化光能，為反應(yīng)②提供 。
(2)結(jié)構(gòu)P為 ，葉肉組胞和維管束鞘細胞間具有大量該結(jié)構(gòu)的意義是 。
(3)綜合以上信息，更適宜在高溫、高光強環(huán)境中生存的是 （填“C3植物”或“C4植物”），依據(jù)是 。
(4)植物體光合作用產(chǎn)物常以蔗糖形式運輸，為驗證光合作用產(chǎn)物以蔗糖的形式運輸，研究人員將酵母菌蔗糖酶基因轉(zhuǎn)入植物，并將該基因表達的蔗糖酶定位在維管束鞘細胞的細胞壁上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植物出現(xiàn)嚴(yán)重的小根、小莖現(xiàn)象，原因是 。
【答案】(1) 葉肉細胞 NADPH和ATP
(2) 胞間連絲 提高物質(zhì)運輸效率
(3) C4植物 溫度過高、蒸騰作用過強導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度減小，C4植物細胞中的PEPC具有高CO2親和力，能固定葉肉細胞中低濃度CO2，維持維管束鞘細胞葉綠體中的高濃度CO2，因此C4植物更適宜在高溫、高光強環(huán)境中生存
(4)維管束細胞壁上的蔗糖酶水解蔗糖，導(dǎo)致進入韌皮部的蔗糖減少，根和莖得到的糖不足，生長緩慢
【分析】光合作用包括光反應(yīng)和暗反應(yīng)階段：
1、光反應(yīng)階段是在類囊體的薄膜上進行的。葉綠體中光合色素吸收的光能將水分解為氧和H+，氧直接以氧分子的形式釋放出去，H+與氧化型輔酶Ⅱ（NADP+）結(jié)合，形成還原型輔酶Ⅱ（NADPH）。還原型輔酶Ⅱ作為活潑的還原劑，參與暗反應(yīng)階段的化學(xué)反應(yīng)，同時也儲存部分能量供暗反應(yīng)階段利用；在有關(guān)酶的催化作用下，提供能量促使ADP與Pi反應(yīng)形成ATP。
2、暗反應(yīng)在葉綠體基質(zhì)中進行，在特定酶的作用下，二氧化碳與五碳化合物結(jié)合，形成兩個三碳化合物。在有關(guān)酶的催化作用下，三碳化合物接受ATP和NADPH釋放的能量，并且被NADPH還原。一些接受能量并被還原的三碳化合物，在酶的作用下經(jīng)過一系列的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為糖類；另一些接受能量并被還原的三碳化合物，經(jīng)過一系列變化，又形成五碳化合物。
【詳解】（1）C4植物的維管束鞘細胞缺乏基粒，而葉肉細胞中含有基粒，基粒上（類囊體薄膜）的光合色素能夠吸收轉(zhuǎn)化光能；反應(yīng)①是二氧化碳的固定，反應(yīng)②是C3的還原，光反應(yīng)能為C3的還原提供NADPH和ATP。
（2）由題意可知“葉肉細胞和維管束鞘細胞之間有大量的胞間連絲”，葉肉細胞產(chǎn)生的蘋果酸通過P（胞間連絲）進入維管束鞘細胞，胞間連絲能提高物質(zhì)運輸效率。
（3）在高溫、高光強環(huán)境中，溫度過高、蒸騰作用過強導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度減小，C4植物細胞中的PEPC具有高CO2親和力，能固定葉肉細胞中低濃度CO2，維持維管束鞘細胞葉綠體中的高濃度CO2，因此C4植物更適宜在高溫、高光強環(huán)境中生存。
（4）將酵母菌蔗糖酶基因轉(zhuǎn)入植物，并降低定位在維管束鞘細胞的細胞壁上，維管束細胞壁上的蔗糖酶水解蔗糖，導(dǎo)致進入韌皮部的蔗糖減少，根和莖得到的糖不足，生長緩慢，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因植物出現(xiàn)嚴(yán)重的小根、小莖現(xiàn)象。
6．（2024·山東濰坊·壽光現(xiàn)代中學(xué)?？寄M預(yù)測）玉米的葉肉細胞含有正常的葉綠體，維管束鞘細胞含有沒有基粒的葉綠體。在其進行光合作用時，CO2中的碳首先轉(zhuǎn)移到有機物C4中，該過程稱為C4途徑。C4在維管束鞘細胞中再釋放出CO2，參與卡爾文循環(huán)。具體過程如圖所示，其中PEP酶對CO2的親和力遠大于酶Rubisc。像玉米這樣具有C4途徑的植物稱為C4植物，不具有C4途徑的植物稱為C3植物。
(1)C4植物中可固定CO2的物質(zhì)是 ，光反應(yīng)主要發(fā)生在 （填“葉肉細胞”“維管束鞘細胞”或“葉肉細胞和維管束鞘細胞”）的葉綠體中。
(2)干旱條件下，很多植物的光合作用速率降低，主要原因是 。一般來說，C4植物與C3植物相比， 的CO2補償點較低，原因是 。
(3)科學(xué)家以14CO2為原料，通過放射性同位素示蹤法探明了玉米光合作用過程中CO2中碳的轉(zhuǎn)移途徑。請推測該科學(xué)探究的實驗思路： 。
【答案】(1) PEP和C5化合物 葉肉細胞
(2) 葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少 C4
C4植物的CO2先被PEP羧化酶催化固定成C4，C4釋放出CO2用于卡爾文循環(huán)，因此C4植物在較低濃度的CO2條件下，也可以吸收并利用CO2進行光合作用，而C3植物在低濃度的CO2條件下不能生長
(3)利用14CO2為原料培養(yǎng)玉米，培養(yǎng)一段時間后，檢測含14C的物質(zhì)，若含14C的物質(zhì)不止一種，則需要縮短反應(yīng)時間，直至反應(yīng)中只出現(xiàn)一種14C的物質(zhì)，即為CO2中碳轉(zhuǎn)移形成的第一種化合物，然后在依次延長反應(yīng)時間，檢測出形成的第二種化合物，第三種化合物等，從而探明玉米光合作用過程中CO2中碳的轉(zhuǎn)移途徑
【分析】C4植物進行光含作用的過程，在葉肉細胞中PEP將CO2固定生成C4，C4在維管束鞘細胞中再釋放出CO2，參與卡爾文循環(huán)并生成有機物。
【詳解】（1）據(jù)圖可知，C4植物在葉肉細胞內(nèi)PEP在PEP酶的催化下可固定CO2形成C4，在維管束鞘細胞的葉綠體內(nèi)可被C5固定形成C3。因此C4植物中可固定CO2的物質(zhì)是PEP和C5。由于維管束鞘細胞含有沒有基粒的葉綠體，故不能吸收光能進行光反應(yīng)，因此光反應(yīng)主要發(fā)生在含有正常葉綠體的葉肉細胞內(nèi)。
（2）在干旱條件下，植物為了減少水分的散失，會將葉片氣孔開放程度降低，導(dǎo)致CO2的吸收量減少，因此光合作用速率降低。由于C4途徑固定CO2的酶比C3途徑固定CO2的酶對CO2的親和力高很多，說明其固定CO2能力較強，因此在較低濃度的CO2條件下可以達到補償點，所以CO2補償點較低的是C4植物。
（3）放射性同位素標(biāo)記法是利用放射性元素作為示蹤劑對研究對象進行標(biāo)記的微量分析方法，即把放射性同位素的原子參到其他物質(zhì)中去，讓它們一起運動、遷移，再用放射性探測儀器進行追蹤，就可知道放射性原子通過什么路徑，運動到哪里了，是怎樣分布的，以研究生物相應(yīng)的生理過程。科學(xué)家以14CO2為原料，通過放射性同位素示蹤法探明了玉米光合作用過程中CO2中碳的轉(zhuǎn)移途徑。該實驗的思路應(yīng)與卡爾文研究暗反應(yīng)的思路基本一致：即用放射性14CO2為原料培養(yǎng)玉米，反應(yīng)一段時間，檢測含有14C的化合物，若含有14C的化合物不止一種，則需要縮短反應(yīng)時間，直至檢測到的14C的化合物只有一種，說明這是CO2轉(zhuǎn)化過程中形成的第一種化合物，然后在依次延長反應(yīng)時間，檢測出形成的第二種化合物，第三種化合物等，通過該方法，可檢測出CO2中的碳的轉(zhuǎn)移路徑。
【點睛】本題考查C3植物和C4植物光合作用的過程，意在考查考生獲取信息的能力。
7．（2024·河南信陽·統(tǒng)考一模）植物的蒸騰作用對植物有重要的意義，氣孔是植物蒸騰作用的主要通道。雙子葉植物表皮上的氣孔由兩個腎形保衛(wèi)細胞構(gòu)成，如圖1所示，請回答：

(1)當(dāng)保衛(wèi)細胞滲透壓 （填“變大”或“變小”）時細胞吸水，由于較薄的細胞外壁（靠近表皮細胞一側(cè)）易于伸長而向外擴展，但微纖絲長度相對穩(wěn)定，于是保衛(wèi)細胞內(nèi)壁外移，導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度 （填“變大”或“變小”）。
(2)黑藻固定CO2有兩條途徑（圖2．1）：①CO2在核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶（Rubisc）催化下直接與C5反應(yīng)生成C3；②CO2先在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）催化下與磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）反應(yīng)生成C4（四碳化合物），當(dāng)C4儲存到一定量時，分解釋放出CO2參與暗反應(yīng)。已知PEPC對CO2親和力是Rubisc的幾十倍。由圖2．1可知，丙酮酸轉(zhuǎn)化為PEP的過程屬于 （填“吸能”或“放能”）反應(yīng)。黑藻細胞固定CO2的具體場所是 。C3的還原需要 提供能量。為了探究在低濃度CO2處理下黑藻固定CO2途徑改變的分子機制，研究人員檢測了低濃度CO2處理前后黑藻體內(nèi)兩種PEPC基因的表達情況，結(jié)果如圖2．2所示。由圖可知，在低濃度CO2處理下黑藻固定CO2途徑改變的分子機制是 。

【答案】(1) 變大 變大
(2) 吸能 細胞質(zhì)基質(zhì)、葉綠體基質(zhì) ATP、NADPH
低濃度CO2處理后，促進PEPC2基因大量表達，合成丙酮酸羧化酶(PEPC)，催化CO2與磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)反應(yīng)生成C4(四碳化合物)，從而改變固定CO2的途徑。
【分析】1、蒸騰作用是水分從活的植物體表面（主要是葉子）以水蒸氣狀態(tài)散失到大氣中的過程，是與物理學(xué)的蒸發(fā)過程不同，蒸騰作用不僅受外界環(huán)境條件的影響，而且還受植物本身的調(diào)節(jié)和控制，因此它是一種復(fù)雜的生理過程。其主要過程為：土壤中的水分→根毛→根內(nèi)導(dǎo)管→莖內(nèi)導(dǎo)管→葉內(nèi)導(dǎo)管→氣孔→大氣，植物幼小時，暴露在空氣中的全部表面都能蒸騰。
2、題圖保衛(wèi)細胞是指植物莖、葉等的表皮上具有葉綠體而通常作半月形的兩個相鄰的細胞。保衛(wèi)細胞間的空隙就是氣孔。保衛(wèi)細胞的膨壓隨著進行光合作用的強度和所形成的碳水化合物的多少而有增減，也就影響氣孔開閉的大小。當(dāng)細胞膨壓增高時，壁薄處向外伸展，壁厚處卻很少伸張，整個細胞成相對彎曲狀，兩個細胞之間就出現(xiàn)橢圓形的裂口，這時氣孔張開；膨壓下降時，細胞收縮，厚壁靠緊，氣孔就閉合；保衛(wèi)細胞的構(gòu)造、形狀、數(shù)量、排列和位置，隨植物種類和生活環(huán)境而異。
3、分析圖2.1 ：丙酮酸轉(zhuǎn)化為PEP的過程需要ATP水解提供能量；黑藻細胞固定CO2的途徑包括：CO2先在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)催化下與磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)反應(yīng)生成C4的途徑，以及CO2在核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶(Rubisc)催化下直接與C5反應(yīng)生成C3。
【詳解】（1）溶液的滲透壓是指溶液中溶質(zhì)微粒對水的吸引力，滲透壓的大小取決于單位體積中溶質(zhì)微粒的數(shù)目。即溶液滲透壓越大，吸水能力越強，故當(dāng)保衛(wèi)細胞滲透壓變大時細胞吸水。氣孔導(dǎo)度是指氣孔張開的程度；由于較薄的細胞外壁（靠近表皮細胞一側(cè)）易于伸長而向外擴展，但微纖絲長度相對穩(wěn)定，于是保衛(wèi)細胞內(nèi)壁外移，氣孔張開，導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度變大。
（2）圖2.1中丙酮酸轉(zhuǎn)化為PEP的過程需要ATP水解提供能量，即丙酮酸轉(zhuǎn)化為PEP的過程屬于吸能反應(yīng)；在圖2.1 中看出：黑藻細胞固定CO2的具體場所包括細胞質(zhì)基質(zhì)（CO2先在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)催化下與磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)反應(yīng)生成C4的途徑)，以及葉綠體基質(zhì)（CO2在核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶(Rubisc)催化下直接與C5反應(yīng)生成C3）；C3的還原需要需要光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH提供能量。
分析圖2.2：低濃度CO2處理后，PEPC2基因表達的相對含量大幅度提升，而PEPC1基因的表達相對含量甚至略有減少，故低濃度CO2處理后，促進PEPC2基因大量表達，合成丙酮酸羧化酶(PEPC)，催化CO2與磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)反應(yīng)生成C4(四碳化合物)，從而改變固定CO2的途徑。
8．（2024上·福建廈門·高三廈門一中?？茧A段練習(xí)）植物的葉肉細胞在光下合成糖，以淀粉的形式儲存。通常認(rèn)為若持續(xù)光照，淀粉的積累量會增加。回答下列問題：

(1)葉肉細胞吸收的CO2，在 （結(jié)構(gòu)）被固定形成 C3，C3接受 釋放的能量，經(jīng)過一系列的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為糖類，并進一步合成淀粉。
(2)科研人員給予植物48小時持續(xù)光照，測定葉肉細胞中的淀粉量，結(jié)果如圖1所示。實驗結(jié)果反映出淀粉積累量的變化規(guī)律是 。
(3)為了解釋題（2）的實驗現(xiàn)象，研究人員提出了兩種假設(shè)。
假設(shè)一：當(dāng)葉肉細胞內(nèi)淀粉含量達到一定值后，淀粉的合成停止。
假設(shè)二：當(dāng)葉肉細胞內(nèi)淀粉含量達到一定值后，淀粉的合成與降解同時存在。
為驗證假設(shè)，科研人員測定了葉肉細胞的CO2 吸收量和麥芽糖（麥芽糖為淀粉降解產(chǎn)物）的含量，結(jié)果如圖2所示。實驗結(jié)果支持假設(shè) ，判斷依據(jù)是 。
(4)為進一步確定該假設(shè)成立，研究人員在第12h測得葉肉細胞中的淀粉含量為a，為葉片光合作用通入僅含13C標(biāo)記的13CO24h，在第16h測得葉肉細胞中淀粉總量為b，13C標(biāo)記的淀粉含量為c．若淀粉量a、b、c關(guān)系滿足 （用關(guān)系式表示），則該假設(shè)成立。
【答案】(1) 葉綠體基質(zhì) NADPH、ATP
(2)最初一段時間內(nèi)，淀粉的累積量隨持續(xù)光照時間增加而逐漸增加，之后幾乎不增加
(3) 二 實驗結(jié)果顯示，葉肉細胞持續(xù)（或并未停止）吸收CO2，淀粉降解量快速增加（麥芽糖的含量快速增加），說明淀粉的合成和降解同時存在
(4) b-a

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