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很多植物体内只有一条固定CO2的途径，即卡尔文循环，也称为C3途径，这样的植物被称为C3植物；还有一些植物如玉米、甘蔗除了具有C3途径外，还有另外一条固定CO2的途径，即C4途径，这样的植物被称为C4植物，如下图所示。C4途径起到了“CO2泵”的作用，能将叶肉细胞周围低浓度的CO2聚集到维管束鞘细胞叶绿体内形成高浓度的CO2进行高效的光合作用。C3植物叶肉细胞含有大量叶绿体，维管束鞘细胞不含叶绿体；C4植物叶肉细胞有正常的叶绿体，维管束鞘细胞含有没有基粒的叶绿体，进行光合作用时叶肉细胞叶绿体内无淀粉合成，维管束鞘细胞叶绿体内有大量淀粉合成。请回答下列问题：
（1）C3植物和C4植物体内固定CO2的物质分别是________________、____________。C3植物和C4植物叶片内进行光合作用的细胞分别是____________、____________。
（2）研究发现，C4途径固定CO2的酶比C3途径固定CO2的酶对CO2的亲和力高60多倍，据此推测C3植物和C4植物比较，CO2补偿点较低的是____________，中午因温度较高气孔关闭，对光合作用影响较小的是____________。
（3）将C3植物和C4植物黑暗处理24小时，再进行一小段时间的光照，经脱色处理后，再用碘液对C3植物和C4植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞染色，出现蓝色的细胞有____________。
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玉米叶肉细胞中有一种酶，通过系列反应将CO2“泵”入维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2，保证卡尔文循环顺利进行，这种酶被形象地称为“CO2泵”。如图1表示玉米CO2同化途径，图2表示进行自然种植的大棚和人工一次性施加CO2的大棚内玉米光合速率变化曲线。请回答下列相关问题：
(1)白天时，玉米植株消耗 NADPH的场所为______________________。与水稻(已知水稻没有“CO2泵”的这种机制)相比，当环境中光照增强，温度过高时，玉米光合作用速率不会明显下降甚至会提高，其原因是_______________________________________________________。
(2)与水稻(已知水稻没有“CO2泵”的这种机制)相比，随着胞间CO2浓度的升高，玉米的光合速率不再变化而水稻的光合速率可以逐渐上升。请从暗反应酶的角度分析可能的原因：______________________。
(3)由图2可知，15时以后限制玉米光合速率的主要因素是___________，17时与15时相比，自然种植大棚内玉米植株C5的合成速率_________。由图2中两条曲线的变化规律可知：人工施加CO2的最佳时间是_________时左右，两个大棚同时通风的时间宜在________时左右。
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小麦、水稻等大多数绿色植物能将C02与C5结合形成C3，然后在酶的作用下，C3接受ATP供能并被[H]还原，最终形成糖类；而玉米、甘蔗等植物除具有以上固定C02的途径外，还具有一个途径能保证植物在低浓度的C02环境中进行较强的光合作用。
(一)设计鉴别小麦和玉米的实验
（1）实验原理:小麦的叶绿体只位于叶肉细胞，维管束（由木质部和韧皮部成束状排列形成的结构，位于叶片叶脉处，主要作用是为植物体输导水分、无机盐和有机养料等）鞘细胞不含叶绿体；而玉米的叶绿体位于叶肉细胞和维管束鞘细胞。
（2）实验材料及用具:显微镜、载玻片、盖玻片、清水、刀片、小麦叶片、玉米叶片、镊子等。
（3）实验步骤：
①目测小麦和玉米的叶片发现____________(填“小麦”或“玉米'的叶脉颜色比较浅。
②取小麦、玉米的叶片横切做临时装片两个，然后分别放在显微镜下观察。
③预期结果:下图_________(填“A”或“B”)是玉米叶片横切图，理由是___________________________。
注：图中[1]、[2]、[7]为位于不同部位的叶肉细胞，[4]、[5]为维管束，[3]、[6]为维管束鞘细胞（细胞中的小黑点为叶绿体）
(二)下图表示小麦和玉米两种植物光合速率随外界C02浓度变化的曲线，请回答：
（1）图中表示小麦的是____________(填“A”或“B”）曲线，判断的理由是_________________。
（2）若将小麦和玉米置于相同的高温、强光和干旱环境中，一段时间后，___________(填“小麦”或“玉米”）生长更好，其原因是___________________________________。
【答案】 小麦 B 叶绿体位于叶肉细胞和维管束鞘细胞（且维管束鞘细胞外的叶肉细胞呈花环型排列） B 小麦在低浓度的C02环境中的光合速率低 玉米 在高温、强光和干旱环境中，植物大量失水导致气孔关闭，植物体内的CO2浓度会降低，玉米在低浓度的二氧化碳环境中可进行较强的光合作用，故玉米比小麦生长更好
【解析】试题分析：根据题干信息分析，小麦、水稻光合作用暗反应能够进行正常的二氧化碳的固定和还原过程，而玉米、甘蔗等植物还多了一个途径，即能保证植物在低浓度的C02环境中进行较强的光合作用。分析题（二）图形，两个曲线都表现为先快速增加，后稳定，其中A植物能够利用较低浓度的二氧化碳进行光合作用，且先增加先稳定，说明A是玉米，则B是小麦，两条曲线的交点表示两种植物的光合速率相等。
（一）（3）①根据实验原理已知，小麦的叶绿体只位于叶肉细胞，而玉米的叶绿体位于叶肉细胞和维管束鞘细胞，所以小麦的叶脉中没有叶绿体，颜色比较浅。
③据图分析，图B叶绿体位于叶肉细胞和维管束鞘细胞（且维管束鞘细胞外的叶肉细胞呈花环型排列），说明图B是玉米叶片横切图。
（二）（1）据图分析，图中B在低浓度的C02环境中的光合速率低，为小麦。
（2）在高温、强光和干旱环境中，植物大量失水导致气孔关闭，植物体内的CO2浓度会降低，玉米在低浓度的二氧化碳环境中可进行较强的光合作用，故玉米比小麦生长更好。
【点睛】解答本题的关键是分析题（一）图形，根据叶绿体的位置并结合题干信息判断两种植物的种类。
【题型】非选择题
【结束】
31
某实验小组用小球藻进行实验，探究影响光合速率的因素。他们将一定量的小球藻浸入适宜且相同温度的培养液的试管中，以白炽灯作为光源。移动台灯可改变光源与试管的距离；CO2浓度分别设置为0.03%和0.05%，根据实验结果绘制成曲线1、曲线2（如图所示）。请分析回答下列问题：
（1）比较C、D两点的光合速率，可见限制D点光合速率的主要因素是________。EF段________不再成为光合速率的主要限制因素，若C处突然关闭台灯，叶绿体中C3含量将如何变化？____________。
（2）F点的含义是________________________________。若用缺镁培养液培养小球藻，其他条件不变，F点应向________移。
（3）卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，光照一定时间（从1秒到数分钟）后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30秒的时间，二氧化碳已经转化为许多种类的化合物。欲确认CO2转化形成的第一个产物的名称，应________光照时间并同时进行检测，当检测的化合物只有一种时，这种化合物就是第一个产物。
（4）该小组又做了探究小球藻最适生长温度的预实验，实验结果见下表：
| 温度（℃） | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
| 光照下释放O2（mg/h） | 9．67 | 14．67 | 19．67 | 21．67 | 19．33 |
请根据预实验结果，设计进一步的探究实验：
材料用具：小球藻、大试管、含CO2缓冲液的培养液、水浴锅（控制温度）、量筒等。
该实验应控制好的两个主要无关变量是：
①_____________________________；②______________________________________。
实验步骤：
第一步：将等量的含有足量CO2缓冲液的培养液装入试管，___________________浸入试管中，分别放入5个水浴锅中 。
第二步：分组控制温度，使其依次为_____________________________，并分别编号（温度梯度差为1℃）。
第三步：光照6 h后测定O2的释放量。
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小麦、水稻等大多数绿色植物能将C02与C5结合形成C3，然后在酶的作用下，C3接受ATP供能并被[H]还原，最终形成糖类；而玉米、甘蔗等植物除具有以上固定C02的途径外，还具有一个途径能保证植物在低浓度的C02环境中进行较强的光合作用。
(一)设计鉴别小麦和玉米的实验
（1）实验原理:小麦的叶绿体只位于叶肉细胞，维管束（由木质部和韧皮部成束状排列形成的结构，位于叶片叶脉处，主要作用是为植物体输导水分、无机盐和有机养料等）鞘细胞不含叶绿体；而玉米的叶绿体位于叶肉细胞和维管束鞘细胞。
（2）实验材料及用具:显微镜、载玻片、盖玻片、清水、刀片、小麦叶片、玉米叶片、镊子等。
（3）实验步骤：
①目测小麦和玉米的叶片发现____________(填“小麦”或“玉米'的叶脉颜色比较浅。
②取小麦、玉米的叶片横切做临时装片两个，然后分别放在显微镜下观察。
③预期结果:下图_________(填“A”或“B”)是玉米叶片横切图，理由是___________________________。
注：图中[1]、[2]、[7]为位于不同部位的叶肉细胞，[4]、[5]为维管束，[3]、[6]为维管束鞘细胞（细胞中的小黑点为叶绿体）
(二)下图表示小麦和玉米两种植物光合速率随外界C02浓度变化的曲线，请回答：
（1）图中表示小麦的是____________(填“A”或“B”）曲线，判断的理由是_________________。
（2）若将小麦和玉米置于相同的高温、强光和干旱环境中，一段时间后，___________(填“小麦”或“玉米”）生长更好，其原因是___________________________________。
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下图所示某沙漠植物体内碳(C)的代谢途径。据图回答：
(1)卡尔文循环过程中能量的转化形式为________。
(2)要探明CO2中的碳在光合作用中的转化过程，采用的方法是________。
(3)该植物中能固定CO2的物质有________，进行光合作用所需的CO2的来源有________和________。
(4)图中A、B两个过程中，________是在晚上进行的，理由是______________________。
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下表为某地夏季晴朗的某天，玉米和花生净光合速率测定值。下图表示玉米CO2同化途径。玉米叶肉细胞中有一种酶，通过系列反应将CO2“泵”入维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2，保证卡尔文循环顺利进行。这种酶被形象地称为 “CO2泵”。而花生缺乏类似的“CO2泵”。
（1）11：00时，光照增强，温度过高，叶片气孔开度下降，作为光合原料之一的________减少，导致花生光合作用速率明显下降；而此时玉米光合作用速率不仅没有下降，反而有所上升，原因是__________ ______。
（2）如果在玉米叶肉细胞中注入某种抑制剂使“CO2”泵”的活性降低，则在短时间内，维管束鞘细胞中ATP的含量变化呈______趋势，原因是________________________。
（3）与11：00时相比，17：00时，玉米光合作用速率的主要限制因素是____________。
（4）若科研人员获得一种叶绿素b完全缺失的玉米突变体，提取该突变体的光合色素，应在研磨叶片时加入___________________________防止色素被破坏。用 法分离该突变体叶片的光合色素，缺失的色素带应位于滤纸条的______________。
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C-3植物都是直接把CO2固定成三碳化合物，而C-4植物则在卡尔文循环之前CO2先被固定成一种四碳酸，两者的光合作用速率有很大差别。
（1）下图是C-4植物叶片细胞结构图及CO2的同化过程图。
①由图可知，C-4植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞排列成______状，内部都有固定CO2的______（填结构）。
②与C-3植物相比，C-4植物的卡尔文循环发生在_________细胞。C-4植物比C-3植物更能固定低浓度的CO2，原因是_________。
（2）将玉米的P酶基因转入水稻后，测得光强对转基因水稻和原种水稻的气孔导度和光合速率的影响结果，如下图：
分析图中信息，可知P酶的作用是__________________。原种水稻在光照大于8×102μmol·m-2·s-1时光合速率基本不变的原因是__________________。
（3）综上所述，可以看出C-4植物适宜栽种在__________________条件下，原因是__________________。
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如何提高植物对 CO2的同化力以提高农作物产量一直是科学家关心的问题，根据以下有关研 究过程回答问题：
（1）卡尔文及其同事研究植物对 CO2的固定过程如下：首先为了探明碳的转移途径，将_____标记的CO2注入培养藻的密闭容器，定时取样，每次将藻浸入热的乙醇中，杀死细胞，提取细胞中的有机物。 然后应用双向纸层析法使得提取物_____，再通过放射自显影分析放射性物质的斑点，并与已知 化学成分进行比较。其次按反应顺序找到生成的各种化合物；不断缩短时间取样，若依次测定出的化合 物种类为 ABC—AB—A，找到含有放射性的化合物 C3、C5和 C6等。你认为字母 A 表示以上哪种化合 物？_____。
（2）在生产实践中，增施 CO2是提高温室作物产量的主要措施之一。研究者以黄瓜为材料进行实验发现： 增施 CO2 时间过长，作物的光合作用反而会减弱。原因在于：一方面是淀粉积累会_____光合作用， 另一方面是有限的氮素营养被优先分配到淀粉的分解代谢中，因此造成光合作用所需的____（至少答出两点）等含氮化合物合成不足。提高温度能够明显促进淀粉的分解，可能是因 为适当升温增强了植物的_____。请根据本研究的结果，对解决“长时间增施 CO2 抑制光合作用”这一问题，提出合理化建议：_________________。（至少答出两点）
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研究提高植物对CO2的同化力以提高农作物产量一直是科学家关心的问题，根据以下有关研究过程回答问题：
（1）历史上，卡尔文及其同事研究植物对CO2的固定过程如下：
为了探明碳的途径：将______标记的CO2注入培养藻的密闭容器，定时取样，每次将取样藻浸入热的乙醇中，其作用是______（至少答出两点），然后应用双向纸层析法使得提取物______，再通过放射自显影分析上面的斑点，并与已知化学成份进行比较。
（2）在生产实践中，增施CO2是提高温室植物产量的主要措施之一。研究者以黄瓜为材料进行实验发现：增施CO2时间过长，植物光合作用反而会减弱。
原因是：一方面是淀粉积累会______光合作用，另一方面是有限的氮素营养被优先分配到淀粉的分解代谢中，因此造成光合作用所需的______等含氮化合物合成不足。提高温度能够明显促进淀粉的分解，可能是因为适当升温提高了植物的______。
请根据本研究的结果，对解决“长时间增施CO2抑制光合作用”这一问题，提出两项合理化建议：______。（至少答出两点）
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科学家发现玉米、高粱等植物，其叶肉细胞中含有一种酶（PEP羧化酶），能将CO2和一种三碳酸（PEP）结合，形成四碳酸，从而将这种光合途径称为C-4途径，将这种植物称为C-4植物，其光合作用的部分过程如下图所示，据图分析回答下列问题。
（1）一般植物光合作用的卡尔文循环是从_________开始的，CO2与其结合形成_________，因而将其称为C-3植物。
（2）科学家发现C-4植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞都有叶绿体，但两种细胞的叶绿体结构有明显差异，这一差异导致只有叶肉细胞能进行光反应，据此分析维管束鞘细胞的叶绿体内没有_________。
（3）据图分析，C-4植物光合作用中能利用CO2的物质为_________，形成的四碳酸的作用是_________。
（4）在较高温度下，大多数植物为了避免过强的蒸腾作用首先影响光合作用的_________阶段，该过程主要通过_________激素来调节。C-4植物的PEP与CO2的亲和力极高，催化PEP与CO2结合的酶活性较强，由此可以导致维管束鞘细胞中的CO2浓度较高，从而促进了卡尔文循环产生有机物，同时也有利于植物更适应于_________的环境。