Question

16．高等植物的光合碳同化过程有C₃、C₄和CMA三条途径．C₃途径是卡尔文等提出的CO₂同化途径，故称为卡尔文循环．进行CAM途径的多为肉质植物，CAM 植物有一个很特殊的CO₂同化方式，夜间气孔开放，吸收的CO₂生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO₂用于光合作用．请据图回答：

（1）卡尔文循环的化学反应是在叶绿体基质中进行的．
（2）图1中，第一阶段绿叶通过气孔从外界吸收进来的CO₂跟C₅结合，该过程称为的二氧化碳的固定．3-磷酸甘油酸再经过第二阶段还原形成三碳糖，该物质一部分经过第三阶段再生为C₅，一部分形成光合产物糖类、蛋白质和脂肪等有机物．第二阶段需要接受光反应产生的ATP释放的能量并且被[H]还原，当CO₂浓度不变，光线变弱时，C₅的含量将减少．
（3）图2中，白天CAM植物进行光合作用所需的CO₂的来源有液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO₂和细胞的呼吸作用．
（4）在上午10：00点时，突然降低环境中CO₂浓度后的一小段时间内，C₃植物和CAM植物细胞中C₃含量变化的差异是C₃植物C₃的量降低；CAM植物C₃化合物的含量基本不变．

Answer 1

分析 1、卡尔文循环是光合作用中碳反应的一部分．反应场所为叶绿体内的基质．循环可分为三个阶段：羧化、还原和二磷酸核酮糖的再生．大部分植物会将吸收到的一分子二氧化碳通过一种叫1，5-二磷酸核酮糖羧化酶的作用整合到一个五碳糖分子1，5-二磷酸核酮糖（RuBP）的第二位碳原子上．此过程称为二氧化碳的固定．这一步反应的意义是，把原本并不活泼的二氧化碳分子活化，使之随后能被还原．但这种六碳化合物极不稳定，会立刻分解为两分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸．后者在光反应中生成的NADPH+H还原，此过程需要消耗ATP，产物是3-磷酸丙糖．后来经过一系列复杂的生化反应，一个碳原子将会被用于合成葡萄糖而离开循环．剩下的五个碳原子经一系列变化，最后再生成一个1，5-二磷酸核酮糖，循环重新开始．循环运行六次，生成一分子的葡萄糖．
2、景天科植物夜间气孔开放，吸收的CO₂生成苹果酸储存在液泡中，夜晚能吸收CO₂，却不能合成C₆H₁₂O₆，故其白天进行光反应及暗反应合成有机物，夜晚只进行二氧化碳固定．

解答 解：（1）叶绿体基质是卡尔文循环的重要场所．
（2）图1中，从外界吸收进来的CO₂跟C₅结合形成六碳分子，这种六碳化合物极不稳定，会立刻分解为两分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸，该过程称为的二氧化碳的固定．3-磷酸甘油酸接受来自ATP的磷酸基团和NADPH的还原而形成三碳糖，该物质一部分经过第三阶段再生为C₅，一部分形成光合产物糖类、蛋白质和脂肪等有机物．第二阶段需要接受光反应产生的ATP释放的能量并且被[H]还原．当CO₂浓度不变，光线变弱时，光反应产生的ATP和[H]量减少，则三碳化合物的还原过程受阻，C₅生成量减少，但消耗量不变，因此C₅的含量将减少．
（3）根据图2显示，CAM植物白天进行光合作用所需CO₂的来源有液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO₂和细胞的呼吸作用产生．
（4）上午10点时，突然降低空气中CO₂浓度，C₃植物白天气孔张开，进行二氧化碳固定速率降低，C₅去路减少，生成C₃减少，但还原不变，则C₃的量降低；CAM植物气孔关闭，叶绿体固定的二还原不变，氧化碳来自苹果酸经脱羧作用释放CO₂和细胞的呼吸作用产生，与外界二氧化碳的关系不大，此时即使突然降低外界环境中CO₂浓度，则其后一小段时间内，细胞中C₃化合物的含量基本不变．
故答案为：
（1）叶绿体基质
（2）二氧化碳的固定    三碳糖    糖类、蛋白质和脂肪等有机物       ATP[H]减少
（3）液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO₂和细胞的呼吸作用
（4）C₃植物C₃的量降低；CAM植物C₃化合物的含量基本不变

点评 本题是材料信息题，以背景材料考查考生对信息的筛选、加工、运用以及知识迁移等能力，考生要能够结合影响光合作用的环境因素和光合作用的过程进行解题，难度适中．