专题突破2二氧化碳固定方式的多样性及光呼吸
课标要求
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
考情分析
1.不同生物固定二氧化碳的方式比较
2023·湖南·T172022·全国甲·T292021·辽宁·T22
2021·天津·T152021·全国乙·T29
2.光呼吸
2024·黑吉辽·T212022·江苏·T202021·山东·T21
典例示范
1．某研究小组在研究小麦、玉米和芦荟的光合作用时，分别测得三种植物一昼夜CO2吸收速率的变化量，结果如图1：
(1)图1中小麦在10～12时光合作用速率下降的原因是________________________________。
(2)小麦进行暗反应时，CO2被C5固定后，形成C3，但科学家在研究玉米等原产在热带地区绿色植物的光合作用时发现，这类植物固定CO2时，CO2中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中，然后才转移到C3中，科学家将这类植物叫作C4植物，将其特有的固定CO2的途径叫作C4途径；此类作物没有“光合午休”的现象。而像小麦等仅有C3参与CO2固定的植物叫作C3植物，将其固定CO2的途径叫作C3途径。
若用14C标记大气中的CO2，则小麦植株中14C的转移途径为_______________________；
玉米植株中14C的转移途径为_____________________________________________________。
(3)请据图2比较C3、C4植物的结构并完善表格。
(4)C3途径的CO2固定是通过Rubisco来实现的；C4途径的CO2固定是通过PEP羧化酶催化完成的，PEP羧化酶催化CO2连接到PEP上，形成四碳酸。这两种酶对CO2的亲和力不同，PEP羧化酶对CO2的亲和力比Rubisco高出60多倍，有利于玉米等植物在叶肉细胞中把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，形成C4后进入维管束鞘细胞并释放CO2，PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”。
请解释玉米在10～12h光合作用速率不降反升的原因：①____________________________________________________________________________。
②强光下，可产生更多的NADPH和ATP，以满足C4植物C4途径对ATP的额外需求。
③维管束鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束，从而避免了光合产物累积对光合作用可能产生的抑制作用。
(5)生长在干旱地区的植物如芦荟、仙人掌等多肉植物，具有一种光合固定CO2的附加途径——CAM途径，具有CAM途径的植物被称为CAM植物。图1中芦荟在10～16h进行光合作用，但是CO2吸收速率却是0，请据图3判断：白天，芦荟进行光合作用的CO2来源是_______________________________________________________________________________；
夜晚，芦荟______(填“能”或“不能”)进行卡尔文循环。
答案(1)温度过高，植物蒸腾作用失水过多导致气孔导度下降，CO2吸收减少(2)14CO2→14C3→(14CH2O)14CO2→14C4→14CO2→14C3→(14CH2O)(3)①大②有(4)①叶肉细胞中的PEP羧化酶对CO2有很高的亲和力，能浓缩低浓度的CO2，从而增加维管束鞘细胞中CO2的浓度(5)苹果酸的分解和细胞呼吸不能
2．不同物种独立演化出相同或相似的性状称为趋同进化。在干旱、炎热的条件下，植物的气孔都会关闭，关闭气孔会阻止CO2进入叶片和O2逸出叶片。其结果是叶内CO2很少，而光合作用的光反应所释放的O2又在叶内积累。光合作用暗反应中的用于固定CO2的酶Rubisco有一个特点，能够固定O2，所以称为加氧酶。在CO2很少而O2很多的情况下，这种固定O2的作用非常显著，其结果是将糖转化为一种二碳化合物，然后植物细胞又将这种二碳化合物分解为CO2和水，这种作用为光呼吸。光呼吸的结果不产生糖，而是使细胞中已有的糖转变成CO2，但是光呼吸不产生ATP。
(1)根据文中信息阐述光呼吸与有氧呼吸的区别与联系：_______________________________。
(2)结合题干信息分析，下列可作为光合作用趋同进化的证据有________(多选)。
A．从蓝细菌到开花植物捕获光能的装置都是叶绿体
B．为避免光呼吸，陆生植物进化出多种碳浓缩机制
C．C4植物和CAM植物都利用Rubisco酶来固定CO2
D．C4植物和CAM植物都把CO2的捕获和固定分开
答案(1)光呼吸与有氧呼吸的联系：光呼吸和有氧