 Expansion of Photosynthesis某些景天科植物,在晚上有機(jī)酸的含量顯著增加,在白天則減少。因為這些植物在冷而濕的夜晚吸收二氧化碳,經(jīng)β-羧化作用合成蘋果酸而被固定,貯于液泡里;在熱而干的白天,蘋果酸經(jīng)脫羧作用放出被固定的二氧化碳,在氣孔緊閉的條件下,進(jìn)行光合作用,合成碳水化合物。這種光合作用的代謝類型稱為景天酸代謝?！?/section>仙人掌類和多肉植物等往往生長于熱帶干旱地區(qū)，而這種環(huán)境的特點是白天炎熱夜晚寒冷，晝夜溫差非常巨大，為了在這種環(huán)境下生存下來，這類植物經(jīng)過長期適應(yīng)和進(jìn)化發(fā)展出一套獨特的生存策略：晚上，開放氣孔吸收二氧化碳，并通過羧化反應(yīng)形成蘋果酸存于植物細(xì)胞內(nèi)的大液泡中，而且在一定范圍內(nèi)，氣溫越低，二氧化碳吸收越多。到了白天，關(guān)閉氣孔減少水分蒸騰，再把夜間儲于細(xì)胞大液泡里的酸性物質(zhì)作脫羧反應(yīng)，釋放的二氧化碳進(jìn)入卡爾文循環(huán)進(jìn)行光合作用，并且在一定的范圍內(nèi)，溫度越高，脫羧越快。由于夜間溫度比較低所以通過氣孔丟失的水分要比白天少得多，對于植物來說，這樣的好處就是可以避免水分過快的流失，因為氣孔只在夜間開放以攝取二氧化碳。
有一些植物對CO2的固定反應(yīng)是在葉肉細(xì)胞的胞質(zhì)溶膠中進(jìn)行的，這種途徑稱為C4途徑。在酶的催化下，CO2連接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上形成四碳酸：草酰乙酸(oxaloacetate)。這種固定CO2的方式稱為C4途徑。C4植物每同化1分子CO2,需要消耗5分子ATP和2分子NADPH。
許多C4植物在解剖上有一種特殊結(jié)構(gòu)，即在維管束周圍有兩種不同類型的細(xì)胞：靠近維管束的內(nèi)層細(xì)胞稱為鞘細(xì)胞，圍繞著鞘細(xì)胞的外層細(xì)胞是葉肉細(xì)胞。由葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞整齊排列的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，形象地稱為“花環(huán)形”結(jié)構(gòu)。兩種不同類型的細(xì)胞各具不同的葉綠體。圍繞著維管束鞘細(xì)胞周圍的排列整齊致密的葉肉細(xì)胞中的葉綠體，具有發(fā)達(dá)的基粒構(gòu)造，而維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中卻只有很少的基粒，而有很多大的卵形淀粉粒。
注意：CAM途徑與C4途徑的區(qū)別在于，CAM途徑進(jìn)一步地實現(xiàn)了兩次CO2固定時間的錯開，從而避免了干旱條件下過度蒸騰作用對植物體的不利影響。光呼吸是所有進(jìn)行光合作用的細(xì)胞在光照和高氧低二氧化碳情況下發(fā)生的一個生化過程。它是光合作用一個損耗能量的副反應(yīng)。綠色植物在照光條件下的呼吸作用。特點是有機(jī)物在被分解轉(zhuǎn)化過程中雖也放出CO2，但不能轉(zhuǎn)換成能量ATP，而使光合產(chǎn)物被白白地耗費掉。在黑暗條件下，呼吸過程能不斷轉(zhuǎn)換形成ATP，并把自由能釋放出來，以供根系的吸收功能、有機(jī)物質(zhì)的合成與運轉(zhuǎn)功能以及各種物質(zhì)代謝反應(yīng)等等功能的需要，從而促進(jìn)生命活動的順利進(jìn)行。所以光呼吸越強(qiáng)，光合生產(chǎn)率相對就低。
光呼吸作用可以明顯地減弱光合作用，降低作物產(chǎn)量，曾被認(rèn)為是無效的耗能過程，因此抑制光呼吸。篩選低光呼吸的高光效育種曾一度成為提高作物產(chǎn)量的研究熱點。但是隨著研究的深入，人們發(fā)長時間抑制光呼吸條件下，植物不能正常生長，因此單獨通過抑制光呼吸提高作物產(chǎn)量是不現(xiàn)實的。近年來的研究結(jié)果表明，光呼吸是在長期進(jìn)化過程中，為了適應(yīng)環(huán)境變化，提高抗逆性而形成的一條代謝途徑，具有重要的生理意義。1.圖甲為菠蘿葉肉細(xì)胞內(nèi)的部分代謝示意圖，其以氣孔白天關(guān)閉，晚上開放的特殊方式適應(yīng)干旱環(huán)境。
（1）圖甲所示，PEP、OAA、RuBP、PGA、C為菠蘿葉肉細(xì)胞內(nèi)的部分相關(guān)代謝物質(zhì)，能參與CO固定的有 ，推測C是 。（2)干旱條件下,菠蘿細(xì)胞白天產(chǎn)生CO的具體部位是 ；菠蘿細(xì)胞夜間pH下降,原因是 （寫出2點)。(3）以測定CO吸收速率與釋放速率為指標(biāo)，探究溫度對某綠色植物光合作用與細(xì)胞呼吸的影響,結(jié)果如下表所示：
①溫度在25～30℃間光合作用制造的有機(jī)物總量逐漸 （增加/減少)。假設(shè)細(xì)胞呼吸晝夜不變，植物在30℃時,一晝夜中給植物光照14h，則一晝夜凈吸收CO的量為 mg。②將該植物置于較弱光照下一段時間后取其葉片進(jìn)行色素分離，與適宜光照下分離的色素帶進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)弱光下濾紙條下端兩條色素帶明顯加寬，推測該植物可通過 以增強(qiáng)對弱光的適應(yīng)能力。同一植株的底部葉片呼吸作用強(qiáng)度比頂部葉片弱，其內(nèi)部原因最可是 。2．下圖甲是某植物的光合速率與光照強(qiáng)度、CO濃度和溫度之間的關(guān)系，圖乙是仙人掌固定CO的過程圖。請回答下列問題：（1）甲圖中與其他兩條曲線均互為對照的是曲線 ，曲線Ⅱ中，當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到B點后，影響光合速率的主要外界因素為 。
(2）若保持C點的光照強(qiáng)度，突然將植株由曲線Ⅲ的培養(yǎng)環(huán)境轉(zhuǎn)移到曲線Ⅱ的環(huán)境中培養(yǎng).此時受到影響的主要是 階段，短時間內(nèi)葉綠體基質(zhì)中 （物質(zhì)）的含量會增加。（3）仙人掌的氣孔在夜間張開，CO進(jìn)入葉中被固定在一種碳四化合物中，白天氣孔關(guān)閉,有光時由碳四化合物釋放CO進(jìn)行卡爾文循環(huán),并合成C糖（卡爾文循環(huán)中所直接制造出來的碳水化合物是C糖而不是葡萄糖）。仙人掌細(xì)胞進(jìn)行卡爾文循環(huán)的場所是 ，仙人掌這種固定CO的特殊途徑對適應(yīng)干旱條件有何重要意義？ 。（4）實驗證明，離體的葉綠體在適宜的條件下也能進(jìn)行光合作用，原因是 。1．（除特殊標(biāo)出外，每空1分，共11分）(1)PEP、RuBP（缺一不得分)（2分）丙酮酸（2）細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體基質(zhì)夜間菠蘿細(xì)胞合成蘋果酸；夜間細(xì)胞呼吸產(chǎn)生CO2形成H2CO3（2分）（3）①增加19②增加葉綠素含量底部葉片衰老，酶活性降低(2分）（1）分析題圖可知，圖中有兩處屬于二氧化碳的固定，夜間二氧化碳與PEP結(jié)合,生成OAA，白天二氧化碳可以與RuBP結(jié)合生成PGA,因此參與固定二氧化碳的物質(zhì)有PEP、RuBP；由于圖中的蘋果酸可以轉(zhuǎn)變成C后，C進(jìn)入線粒體參與有氧呼吸生成二氧化碳，因此可以推測C物質(zhì)為丙酮酸。(2）從圖中可以看出白天產(chǎn)生二氧化碳的部位有兩個:細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蘋果酸可以分解成二氧化碳，線粒體基質(zhì)中丙酮酸可以分解成二氧化碳；pH下降的原因是細(xì)胞中酸性物質(zhì)增多，從圖中可以看出，夜間菠蘿細(xì)胞合成蘋果酸，另一方面，夜間細(xì)胞呼吸產(chǎn)生CO2形成H2CO3。(3）①分析表格中數(shù)據(jù),當(dāng)溫度為25℃時,光合作用利用的二氧化碳量=凈光合速率+呼吸速率=3。7+2。3=6，30℃時,光合作用利用的二氧化碳量=3。5+3=6.5,因此光合作用制造的有機(jī)物量增加;光照14小時,光合作用利用二氧化碳的量為6。5×14=91（mg），一晝夜呼吸作用釋放的二氧化碳量為3×24=72(mg），因此一晝夜凈吸收的二氧化碳量為：91-72=19（mg）.②由于植物在弱光條件下，分離出的色素帶中，下面兩條色素帶為葉綠素a和葉綠素b，色素帶較寬說明葉綠素含量增多，因此可以推測，在弱光條件下,植物會增加葉綠素含量以適應(yīng)環(huán)境；同一個植株底部的葉片中衰老細(xì)胞比較多,細(xì)胞中各種酶的活性降低,因此呼吸速率減慢.考點：本題考查光合作用和呼吸作用的有關(guān)知識,意在考查考生識圖能力和理解所學(xué)知識的要點，把握知識間的內(nèi)在聯(lián)系的能力；能運用所學(xué)知識與觀點,通過比較、分析與綜合等方法對某些生物學(xué)問題進(jìn)行解釋、推理，做出合理的判斷或得出正確的結(jié)論；理論聯(lián)系實際，綜合運用所學(xué)知識解決自然界和社會生活中的一些生物學(xué)問題。2．Ⅰ。（1）Ⅱ溫度（2)暗反應(yīng)［H]和ATP（3）葉綠體基質(zhì)白天干旱條件下,仙人掌氣孔關(guān)閉，CO2的來源不足，這種特殊的CO2固定途徑使仙人掌在有光時光合作用仍能正常進(jìn)行（4）葉綠體是光合作用的場所，細(xì)胞器內(nèi)含有進(jìn)行光合作用所需的色素和酶試題分析：Ⅰ.（1）對照實驗中,對照組與實驗組之間只能有一個變量不同，只有曲線Ⅱ符合要求。比較曲線Ⅲ和Ⅱ可知，當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到飽和點后，因CO2過量,升高溫度可提高光合速率，說明B點后影響光合作用速率的主要外界因素應(yīng)為溫度。（2）光反應(yīng)需要的酶較少，主要受光照強(qiáng)度的影響，暗反應(yīng)是一系列的酶促反應(yīng),受溫度的影響較大。若保持C點的光照強(qiáng)度，突然將植株由曲線Ⅲ的培養(yǎng)環(huán)境轉(zhuǎn)移到曲線Ⅱ的環(huán)境中培養(yǎng)，此時暗反應(yīng)減弱，消耗的［H］和ATP減少，短時間內(nèi)葉綠體基質(zhì)中[H］和ATP的含量會增加。（3)卡爾文循環(huán)是暗反應(yīng)的一部分，其反應(yīng)場所是葉綠體基質(zhì)。干旱條件下，植物因防止水份過度蒸發(fā)而關(guān)閉氣孔，導(dǎo)致光合作用的原料——CO2供應(yīng)不足；仙人掌在夜間固定CO2白天釋放CO2用于光合作用，保證了光合作用的正常進(jìn)行。（4)葉綠體是光合作用的場所,含有進(jìn)行光合作用所需的色素和酶，因此離體的葉綠體在適宜的條件下也能進(jìn)行光合作用。轉(zhuǎn)自 | 生命教育觀察，如有侵權(quán)，立即刪除！ 推文除署名外均歸原作者所有，本公眾號只提供平臺
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