Question

16．高等植物的光合碳同化過程有C₃、C₄和CMA三條途徑．C₃途徑是卡爾文等提出的CO₂同化途徑，故稱為卡爾文循環(huán)．進行CAM途徑的多為肉質植物，CAM 植物有一個很特殊的CO₂同化方式，夜間氣孔開放，吸收的CO₂生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關閉，液泡中的蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放CO₂用于光合作用．請據(jù)圖回答：

（1）卡爾文循環(huán)的化學反應是在葉綠體基質中進行的．
（2）圖1中，第一階段綠葉通過氣孔從外界吸收進來的CO₂跟C₅結合，該過程稱為的二氧化碳的固定．3-磷酸甘油酸再經(jīng)過第二階段還原形成三碳糖，該物質一部分經(jīng)過第三階段再生為C₅，一部分形成光合產(chǎn)物糖類、蛋白質和脂肪等有機物．第二階段需要接受光反應產(chǎn)生的ATP釋放的能量并且被[H]還原，當CO₂濃度不變，光線變弱時，C₅的含量將減少．
（3）圖2中，白天CAM植物進行光合作用所需的CO₂的來源有液泡中的蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放CO₂和細胞的呼吸作用．
（4）在上午10：00點時，突然降低環(huán)境中CO₂濃度后的一小段時間內，C₃植物和CAM植物細胞中C₃含量變化的差異是C₃植物C₃的量降低；CAM植物C₃化合物的含量基本不變．

Answer 1

分析 1、卡爾文循環(huán)是光合作用中碳反應的一部分．反應場所為葉綠體內的基質．循環(huán)可分為三個階段：羧化、還原和二磷酸核酮糖的再生．大部分植物會將吸收到的一分子二氧化碳通過一種叫1，5-二磷酸核酮糖羧化酶的作用整合到一個五碳糖分子1，5-二磷酸核酮糖（RuBP）的第二位碳原子上．此過程稱為二氧化碳的固定．這一步反應的意義是，把原本并不活潑的二氧化碳分子活化，使之隨后能被還原．但這種六碳化合物極不穩(wěn)定，會立刻分解為兩分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸．后者在光反應中生成的NADPH+H還原，此過程需要消耗ATP，產(chǎn)物是3-磷酸丙糖．后來經(jīng)過一系列復雜的生化反應，一個碳原子將會被用于合成葡萄糖而離開循環(huán)．剩下的五個碳原子經(jīng)一系列變化，最后再生成一個1，5-二磷酸核酮糖，循環(huán)重新開始．循環(huán)運行六次，生成一分子的葡萄糖．
2、景天科植物夜間氣孔開放，吸收的CO₂生成蘋果酸儲存在液泡中，夜晚能吸收CO₂，卻不能合成C₆H₁₂O₆，故其白天進行光反應及暗反應合成有機物，夜晚只進行二氧化碳固定．

解答 解：（1）葉綠體基質是卡爾文循環(huán)的重要場所．
（2）圖1中，從外界吸收進來的CO₂跟C₅結合形成六碳分子，這種六碳化合物極不穩(wěn)定，會立刻分解為兩分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸，該過程稱為的二氧化碳的固定．3-磷酸甘油酸接受來自ATP的磷酸基團和NADPH的還原而形成三碳糖，該物質一部分經(jīng)過第三階段再生為C₅，一部分形成光合產(chǎn)物糖類、蛋白質和脂肪等有機物．第二階段需要接受光反應產(chǎn)生的ATP釋放的能量并且被[H]還原．當CO₂濃度不變，光線變弱時，光反應產(chǎn)生的ATP和[H]量減少，則三碳化合物的還原過程受阻，C₅生成量減少，但消耗量不變，因此C₅的含量將減少．
（3）根據(jù)圖2顯示，CAM植物白天進行光合作用所需CO₂的來源有液泡中的蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放CO₂和細胞的呼吸作用產(chǎn)生．
（4）上午10點時，突然降低空氣中CO₂濃度，C₃植物白天氣孔張開，進行二氧化碳固定速率降低，C₅去路減少，生成C₃減少，但還原不變，則C₃的量降低；CAM植物氣孔關閉，葉綠體固定的二還原不變，氧化碳來自蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放CO₂和細胞的呼吸作用產(chǎn)生，與外界二氧化碳的關系不大，此時即使突然降低外界環(huán)境中CO₂濃度，則其后一小段時間內，細胞中C₃化合物的含量基本不變．
故答案為：
（1）葉綠體基質
（2）二氧化碳的固定    三碳糖    糖類、蛋白質和脂肪等有機物       ATP[H]減少
（3）液泡中的蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放CO₂和細胞的呼吸作用
（4）C₃植物C₃的量降低；CAM植物C₃化合物的含量基本不變

點評 本題是材料信息題，以背景材料考查考生對信息的篩選、加工、運用以及知識遷移等能力，考生要能夠結合影響光合作用的環(huán)境因素和光合作用的過程進行解題，難度適中．