必修1分子與細胞熱點拓展二光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代謝類型熱點一光呼吸熱|點|銜|接光呼吸是指綠色植物在光照情況下吸收O2，將葉綠體中的C5分解產(chǎn)生CO2的過程。光呼吸現(xiàn)象產(chǎn)生的分子機制是O2和CO2競爭Rubisco酶。在暗反應(yīng)中，Rubisco酶能夠以CO2為底物實現(xiàn)CO2的固定；在光下，當(dāng)O2濃度高、CO2濃度低時，O2會與CO2競爭Rubisco酶，在光的驅(qū)動下將碳水化合物氧化生成CO2和水。①與光呼吸有直接關(guān)系的細胞器為葉綠體、線粒體。光呼吸產(chǎn)生的條件是光照、高O2含量和低CO2含量等。②在干旱天氣和過強光照下，因為溫度很高，蒸騰作用很強，氣孔大量關(guān)閉。由于光反應(yīng)速率大于暗反應(yīng)速率，此時光呼吸可以消耗光反應(yīng)階段生成的多余的NADPH和ATP，防止強光對葉綠體的破壞，又可以為暗反應(yīng)階段提供原料，因此光呼吸對植物有重要的正面意義。名師解讀突|破|訓(xùn)|練1．光照條件下，葉肉細胞中O2與CO2競爭性結(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)的光合作用強度和光呼吸強度見下表。光合作用強度用固定的CO2量表示，SoBS溶液處理對葉片呼吸作用的影響忽略不計。SoBS濃度(mg/L)0100200300400500600光合作用強度(CO2μmol·m－2·s－1)18.920.920.718.717.616.515.7光呼吸強度(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________中。正常進行光合作用的水稻，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_____________________________________。(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量相等時所需的光照強度______(填“高”或“低”)，據(jù)表分析，原因是_______________________________________。(3)光呼吸會消耗光合作用過程中的有機物，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可通過適當(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____________mg/L之間再設(shè)置多個濃度梯度進一步進行實驗。答案：(1)基質(zhì)光照停止，產(chǎn)生的ATP、NADPH減少，暗反應(yīng)C5和CO2結(jié)合減少，C5與O2結(jié)合增加，產(chǎn)生的CO2增多(2)低噴施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，在更低的光照強度下，兩者即可相等(3)100～300解析：(1)光合作用過程中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，葉肉細胞中O2與CO2競爭性結(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度增大即光合作用固定的CO2增加，而光呼吸強度減小即光呼吸釋放的CO2減少，再結(jié)合題干中SoBS溶液處理對葉片呼吸作用的影響忽略不計，所以噴施SoBS溶液后，葉片的CO2吸收量增加、釋放量減少。因此，在更低的光照強度下，葉片光合作用吸收的CO2量和光呼吸與細胞呼吸釋放的CO2量相等。(3)光呼吸會消耗光合作用過程中的有機物，因此當(dāng)光合作用強度與光呼吸強度差值最大時，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，光合作用強度與光呼吸強度差值最大，因此利于增產(chǎn)的最適噴施濃度應(yīng)介于100～300mg/L之間。熱點二C4植物熱|點|銜|接在綠色植物的光合作用中，二氧化碳中的碳首先轉(zhuǎn)移到含有四個碳原子的有機物(C4)中，然后才轉(zhuǎn)移到C3中，科學(xué)家將這類植物叫作C4植物，將其固定二氧化碳的途徑，叫作C4途徑。①玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，適于在高溫、干燥和強光的條件下生長。②C4植物葉肉細胞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，C4化合物釋放出的CO2參與卡爾文循環(huán)，進而生成有機物。③PEP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。名師解讀突|破|訓(xùn)|練2．(2024·合肥高三期末)玉米葉片具有特殊的結(jié)構(gòu)，其維管束鞘細胞周圍的葉肉細胞可以利用PEP羧化酶固定較低濃度的CO2，并轉(zhuǎn)移到維管束鞘細胞中釋放，參與光合作用的暗反應(yīng)。據(jù)圖分析，下列說法不正確的是(

)A．維管束鞘細胞的葉綠體能進行正常的光反應(yīng)B．維管束鞘細胞中暗反應(yīng)過程仍需要ATP和NADPHC．PEP羧化酶對環(huán)境中較低濃度的CO2具有富集作用D．玉米特殊的結(jié)構(gòu)和功能，使其更適應(yīng)高溫干旱環(huán)境答案：A解析：光反應(yīng)的場所是葉綠體的類囊體薄膜，基粒是由類囊體堆疊而成的，維管束鞘細胞的葉綠體沒有基粒，所以維管束鞘細胞的葉綠體不能進行光反應(yīng)，A錯誤。熱點三CAM途徑熱|點|銜|接①仙人掌、菠蘿和許多肉質(zhì)植物都進行這種類型的光合作用。這類植物特別適合于干旱地區(qū)，其特點是氣孔夜間開放，白天關(guān)閉。②該類植物夜間吸收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。而白天氣孔關(guān)閉，蘋果酸轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)基質(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。③該類植物葉肉細胞夜間淀粉減少，蘋果酸增加，細胞液pH下降；白天淀粉增加，蘋果酸減少，細胞液pH上升。名師解讀突|破|訓(xùn)|練3．(2024·山東棗莊高三檢測)原本生活在干旱地區(qū)的多肉植物，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)其CO2固定過程非常特殊，被稱為景天酸代謝途徑。其光合作用產(chǎn)生的中間產(chǎn)物蘋果酸在CO2的固定和利用過程中起重要作用，過程如圖所示。據(jù)圖分析，下列敘述錯誤的是(

)A．進行景天酸代謝的植物白天進行光反應(yīng)，積累ATP和NADPH，晚上進行暗反應(yīng)合成有機物B．圖示的代謝方式可以有效地避免植物由蒸騰過度導(dǎo)致的脫水，從而使該類植物適應(yīng)干旱環(huán)境C．與常見的C3代謝途徑植物相比，夜間更適于放置在室內(nèi)的是進行景天酸代謝途徑的植物D．多肉植物在其原生地環(huán)境中，其液泡中的pH會呈現(xiàn)白天升高、晚上降低的周期性變化答案：A解析：白天在光照條件下，進行景天酸代謝的植物通過光反應(yīng)生成NADPH和ATP，用于暗反應(yīng)，晚上植物沒有NADPH和ATP的供應(yīng)，暗反應(yīng)不能進行，A錯誤；圖示景天酸代謝途徑，白天氣孔關(guān)閉減少水分散失，可以有效地避免植物由蒸騰過度導(dǎo)致的脫水，從而使該類植物適應(yīng)干旱環(huán)境，B正確；由于進行景天酸代謝途徑的植物晚上氣孔開放，不斷吸收CO2用于合成蘋果酸，空氣中的CO2減少，因此，與常見的C3代謝途徑植物相比，夜間更適于放置在室內(nèi)的是進行景天酸代謝途徑的植物，C正確；多肉植物在晚上吸收CO2生成蘋果酸(pH降低)儲存在液泡中，白天蘋果酸分解產(chǎn)生CO2(pH升高)用于暗反應(yīng)，因此其液泡中的pH會呈現(xiàn)白天升高、晚上降低的周期性變化，D正確。熱點四光合產(chǎn)物及運輸熱|點|銜|接①磷酸丙糖是光合作用中最先產(chǎn)生的糖，也是光合作用產(chǎn)物從葉綠體運輸?shù)郊毎|(zhì)基質(zhì)的主要形式。②光合作用產(chǎn)生的磷酸丙糖既可以在葉綠體中形成淀粉，暫時儲存在葉綠體中，又可以通過葉綠體膜上的磷酸轉(zhuǎn)運器運出葉綠體，在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成蔗糖。合成的蔗糖或臨時儲藏于液泡內(nèi)，或從光合細胞中輸出，經(jīng)韌皮部長距離運輸?shù)狡渌课?。名師解讀突|破|訓(xùn)|練4．(2024·北京東城期末)如圖為某陸生植物體內(nèi)碳流動示意圖。據(jù)圖分析，下列敘述不正確的是(

)A．過程①需要消耗光反應(yīng)提供的ATP和NADPHB．葉肉細胞中的卡爾文循環(huán)發(fā)生在葉綠體基質(zhì)C．在葉肉細胞中會發(fā)生由單糖合成二糖或多糖的過程D．④受阻時，②③的進行能緩解C3積累對卡爾文循環(huán)的抑制答案：A解析：過程①二氧化碳的固定不需要消耗光反應(yīng)提供的ATP和NADPH，三碳化合物的還原消耗光反應(yīng)提供的ATP和NADPH，A錯誤；在葉肉細胞中會發(fā)生由單糖合成二糖或多糖的過程，由圖可知，葉綠體基質(zhì)中會進行葡萄糖合成淀粉的過程，在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行葡萄糖和果糖合成蔗糖的過程，C正確；圖中④蔗糖輸出受阻時，則進入葉綠體的Pi減少，磷酸丙糖大量積累，過多的磷酸丙糖將用于合成淀粉，即通過②③合成淀粉能緩解C3積累對卡爾文循環(huán)的抑制，D正確。熱點五光系統(tǒng)及電子傳遞鏈熱|點|銜|接(1)光系統(tǒng)①光系統(tǒng)Ⅱ進行水的光解，產(chǎn)生氧氣、H＋和自由電子(e－)，光系統(tǒng)Ⅰ主要是介導(dǎo)NADPH的產(chǎn)生。②電子傳遞過程是高電勢到低電勢(由于光能的作用)，釋放的能量將質(zhì)子(H＋)逆濃度梯度從葉綠體的基質(zhì)側(cè)泵入到類囊體腔側(cè)，從而建立了質(zhì)子濃度(電化學(xué))梯度。③類囊體內(nèi)的高濃度質(zhì)子通過ATP合成酶順濃度梯度流出，而ATP合成酶利用質(zhì)子順濃度梯度運輸產(chǎn)生的分子勢能來合成ATP。④圖示過程發(fā)生在葉綠體的類囊體薄膜上，需要光，電子供體是H2O，電子受體是NADP＋。名師解讀(2)電子傳遞鏈和氧化磷酸化①發(fā)生在線粒體的內(nèi)膜上，不需要光，電子供體是NADH，電子受體是O2。②通過ATP合成酶把ADP磷酸化為ATP。電子傳遞過程中所形成的H＋梯度作為動力，在ATP合成酶的作用下，催化ADP磷酸化成ATP。名師解讀突|破|訓(xùn)|練5．(2025·山東泰安調(diào)研)下圖是番茄植株的葉肉細胞中進行光合作用的示意圖，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白質(zhì)和光合色素組成的復(fù)合物，是吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能的光系統(tǒng)，下列敘述錯誤的是(

)A．自然界中能發(fā)生光合作用的生物，不一定具備PSⅡ和PSⅠ系統(tǒng)B．光反應(yīng)過程將吸收的光能轉(zhuǎn)換為活躍的化學(xué)能全部儲存在ATP中C．在ATP合成酶的作用下，H＋順濃度梯度轉(zhuǎn)運提供分子勢能，促進ADP和Pi合成ATPD．PSⅡ中的色素吸收光能后，將H2O分解為O2和H＋及電子，產(chǎn)生電子傳遞給PSI將NADP＋和H＋結(jié)合形成NADPH答案：B解析：由圖可知，PSⅡ和PSⅠ分布在葉肉細胞的類囊體薄膜上，自然界中能發(fā)生光合作用的生物，不一定具有