《2025年优化探究高考总复习高中生物全一册人教版》

2.当植物吸收了超出其自身所需的光能时，会出现光抑制现象，导致光合机构受到破坏，进而影响光合作用。PsbS蛋白是一种在光系统Ⅱ(PSⅡ)与叶绿素结合的蛋白质，也是PSⅡ的一种结构成分，在高等植物光保护方面有着重要的作用。科研人员将棉花光合系统Ⅱ的PsbS基因导入烟草细胞内，培育了转基因PsbS烟草植株，并在35℃处理下测定了野生型烟草植株(WT)与转基因PsbS烟草植株(T)的净光合速率(如图)。下列有关叙述错误的是（ ）

A.电子的最终受体物质是NADP⁺
B.类囊体膜内外的H⁺浓度差只是通过H⁺转运形成的
C.在高温条件下转基因烟草植株的净光合速率高于野生型烟草植株
D.棉花PsbS基因可能参与调控烟草植株的光合作用

答案： 2.B 据图所知，NADP⁺和电子、H⁺生成了NADPH，电子的最终受体物质是NADP⁺，A正确；类囊体膜内外的H⁺浓度差与水的光解有关，B错误；据图可知，在35℃处理下，转基因PsbS烟草植株(T)的净光合速率高于野生型烟草植株(WT)，C正确；由于在35℃处理下，转基因PsbS烟草植株(T)的净光合速率高于野生型烟草植株(WT)，因此棉花PsbS基因可能参与调控烟草植株的光合作用，D正确。

(2023·湖南卷，17)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO₂的Kₘ为450 μmol·L⁻¹(Kₘ越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO₂反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O₂反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O₂并释放CO₂的反应)。该酶的酶促反应方向受CO₂和O₂相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO₂的Kₘ为7 μmol·L⁻¹)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO₂反应生成C₄，固定产物C₄转运到维管束鞘细胞后释放CO₂，再进行卡尔文循环。回答下列问题。

(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是__________(填具体名称)，该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成__________(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过__________长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度__________(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是______________________________(答出三点即可)。
(3)某研究将蓝细菌的CO₂浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO₂浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是______________________________(答出三点即可)。

答案： 答案：
(1)3 - 磷酸甘油醛 蔗糖 筛管
(2)高于 玉米的PEPC酶对CO₂的亲和力比Rubisco酶要高，能利用低浓度的CO₂；水光解主要在叶肉细胞进行，暗反应在维管束鞘细胞中进行，维管束鞘细胞中CO₂/O₂较高，提高了光合作用效率；通过C₃和C₄在叶肉和维管束鞘细胞之间的循环，将CO₂转运到维管束鞘细胞浓缩，维管束鞘细胞中CO₂浓度较高
(3)NADPH和ATP的供应限制、固定CO₂的Rubisco酶数量有限、C₅再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多
解析：
(1)玉米的暗反应先在叶肉细胞中进行，在PEPC酶的催化下，PEP与CO₂反应生成C₄，C₄转运到维管束鞘细胞后释放CO₂，再进行卡尔文循环，据此推理，并结合水稻的暗反应图示，可知玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是3 - 磷酸甘油醛。在叶绿体内，其可用于淀粉等的合成，大部分运至叶绿体外，并转变成蔗糖。与葡萄糖相比，蔗糖属于非还原糖，较稳定，对渗透压影响较小，蔗糖通过筛管长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱环境下，大部分气孔关闭，植物能吸收的CO₂减少，与水稻叶肉细胞中的Rubisco酶相比，玉米叶肉细胞中的PEPC酶对CO₂的Kₘ小，亲和力大，玉米在较低浓度CO₂条件下仍能固定CO₂进行光合作用；在高光照强度环境下，光反应较强，产生的O₂较多，与玉米维管束鞘细胞相比(水光解的主要场所为叶肉细胞的叶绿体)，水稻叶肉细胞O₂较多，易进行光呼吸，使得暗反应减弱；与水稻叶肉细胞相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，叶肉细胞中的PEP与CO₂反应生成C₄，C₄进入维管束鞘细胞后释放CO₂，使CO₂得到浓缩，保障了暗反应的进行。
(3)在光饱和条件下，水稻叶绿体的光反应强度不再增加，产生的ATP和NADPH不再增多，限制了C₃的还原；水稻叶绿体内固定CO₂的Rubisco酶数量有限；光合作用产生的有机物在叶绿体中积累较多，抑制了反应的进行。