Question

【题目】科学家们在二十世纪六十年代利用同位素示踪法研究光合作用时发现，玉米、高粱等植物固定二氧化碳的第一产物不是三碳化合物，而是一种四碳化合物，从而发现了C4途径，并把这一类植物称为C4植物。下图是C4植物光合作用的部分过程简图，请回答有关问题：

（1）据图分析，C4植物叶肉细胞中的CO2受体是___________，维管束鞘细胞中的CO2受体是______________。

（2）科学家发现C4植物的叶肉细胞与维管束鞘细胞中的叶绿体结构有显著差异，这一差异导致只有叶肉细胞能发生光反应。据此分析，与叶肉细胞相比，C4植物的维管束鞘细胞的叶绿体在结构上最显著的特点是__________________________________。

（3）C4植物叶肉细胞内催化CO2固定的酶活性很高，且生成的苹果酸通常很少流失到细胞外。若假设不同植物在相同环境条件下的呼吸速率基本一致，则C4植物的二氧化碳补偿点应________（大于、等于、小于）C3途径的植物，判断的主要理由是________________。

Answer 1

【答案】PEP C5化合物 没有基粒/类囊体 小于 C4植物固定CO2的效率更高，利用低浓度CO2的能力更强

【解析】

据图分析，C4植物通过磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）固定二氧化碳的反应是在叶肉细胞中进行的，生成的四碳化合物在NADPH的作用下生成苹果酸，然后转移到维管束鞘薄壁细胞中，苹果酸放出二氧化碳并产生三碳化合物，其中二氧化碳参与卡尔文循环形成糖类，而三碳化合物进入叶肉细胞并在ATP的作用下生成PEP。

（1）由图可知C4植物的叶肉细胞中CO2首先与PEP反应生成C4化合物；维管束鞘细胞中的CO2进入卡尔文循环，与C5化合物反应生成C3化合物。

（2）题干提示“只有叶肉细胞能发生光反应”，可知维管束鞘细胞的叶绿体不能发生光反应，又由光反应的场所是类囊体可推测维管束鞘细胞的叶绿体缺少类囊体结构。

（3）根据题意可知，C4植物固定二氧化碳的能力很强，固定后生成的苹果酸不易流失，暗示了苹果酸的积累可以起到“积累二氧化碳”的作用，因而可在外界二氧化碳浓度较低的情况下仍为维管束鞘细胞提供较多的二氧化碳，从而使C4植物在外界二氧化碳不足时仍保持较强的光合作用，因此C4植物的二氧化碳补偿点应小于C3途径的植物。