《2025年资源库高中生物人教版》

例101 [湖南2023·17]图1-5-59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$CO_2$的$K_m$为$450\ \mu mol\cdot L^{-1}$（$K_m$越小，酶对底物的亲和力越大），该酶既可催化RubP与$CO_2$反应，进行卡尔文循环，又可催化RubP与$O_2$反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗$O_2$并释放$CO_2$的反应）。该酶的酶促反应方向受$CO_2$和$O_2$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利用PEPC酶（PEPC对$CO_2$的$K_m$为$7\ \mu mol\cdot L^{-1}$）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与$CO_2$反应生成$C_4$，固定产物$C_4$转运到维管束鞘细胞后释放$CO_2$，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后，再通过合成______（填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”），再通过______（填“韧皮部”“木质部”）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$CO_2$浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中$CO_2$浓度大幅度提升，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： （1）3-磷酸甘油酸 蔗糖 韧皮部
（2）高于 在干旱、高光照强度环境下，水稻关闭大部分气孔，$CO_2$的吸收减少，而玉米的PEPC酶对$CO_2$的亲和力更大，提高了玉米固定$CO_2$的能力，在$CO_2$的吸收减少时，还可以为暗反应提供足够的$CO_2$；水稻中的Rubisco酶在$CO_2$吸收减少时，催化RubP与$O_2$反应进行光呼吸，从而使水稻暗反应固定的$CO_2$减少，而玉米的光呼吸较弱甚至没有；玉米的光合产物可以通过维管束鞘细胞及时转移，从而提高光合速率
（3）光合色素含量的限制；与光合作用有关的酶含量和酶活性的限制；在光饱和点时，水稻的光呼吸增强，限制其光合速率

例102 [北京新高考]光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、$CO_2$浓度的关系如图1-5-60。据图分析不能得出（ ）
A. 低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高
B. 在一定的范围内，$CO_2$浓度升高可使光合作用最适温度升高
C. $CO_2$浓度为$200\ \mu L\cdot L^{-1}$时，温度对光合速率影响小
D. $10\ ^{\circ}C$条件下，光合速率随$CO_2$浓度的升高会持续提高

答案： D
解析：本题考查环境因素对光合作用强度的影响。由图可知，在一定$CO_2$浓度条件下，当温度低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高，A正确；由图可知，$CO_2$浓度分别为$200\ \mu L\cdot L^{-1}$、$370\ \mu L\cdot L^{-1}$和$1000\ \mu L\cdot L^{-1}$时，最适温度逐渐升高，表明在一定范围内，$CO_2$浓度的升高会使光合作用最适温度升高，B正确；由图可知，当$CO_2$浓度为$200\ \mu L\cdot L^{-1}$时，随温度升高，光合速率变化不大，而$CO_2$浓度为其他两数值时，光合速率随着温度的升高有较大的升高趋势，表明$CO_2$浓度为$200\ \mu L\cdot L^{-1}$时，温度对光合速率影响小，C正确；由图可知，$10\ ^{\circ}C$条件下，$CO_2$浓度为$200\ \mu L\cdot L^{-1}$至$370\ \mu L\cdot L^{-1}$时，光合速率有显著提高，而$CO_2$浓度为$370\ \mu L\cdot L^{-1}$至$1000\ \mu L\cdot L^{-1}$时，光合速率无明显的提高趋势，且两者光合速率接近同一数值，所以不能表明$10\ ^{\circ}C$条件下，光合速率随$CO_2$浓度的升高会持续提高，D错误。

例103 [海南新高考]某小组为了探究适宜温度下$CO_2$对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度$NaHCO_3$溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图1-5-61。下列有关叙述正确的是（ ）
A. 本实验中，温度、$NaHCO_3$浓度和光照都属于自变量
B. 叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率
C. 四组实验中，0.5% $NaHCO_3$溶液中叶圆片光合速率最高
D. 若在$4\ ^{\circ}C$条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短

答案： B
解析：本题通过实验的形式考查光合速率的影响因素。本实验的目的是探究适宜温度下$CO_2$对光合作用的影响，故自变量是$CO_2$浓度（通过等体积不同浓度的$NaHCO_3$溶液来实现），温度、光照等属于无关变量，A错误；实验中的叶圆片是被抽气后放于烧杯底部的，其上浮靠的是光合作用过程中产生的氧气提供浮力，故其上浮所需时长取决于光合作用释放的氧气速率，B正确；根据图中信息可知，在浓度为2.0%的$NaHCO_3$溶液中，叶圆片上浮所需时间最短，故此$NaHCO_3$浓度下光合速率最高，C错误；本实验是在适宜的温度条件下进行的，酶的活性是最强的，若改为$4\ ^{\circ}C$条件下进行，低温会降低酶的活性，从而使光合速率下降，叶圆片上浮所需时间增长，D错误。