第3单元 素养提升课2 光呼吸、C4植物等特殊代谢类型(课件PPT)-【赢在微点·顶层设计】2025年高中生物学高考一轮总复习（单选版）

高考复习顶层设计·生物 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 光呼吸过程。 光呼吸是指绿色植物在光照情况下吸收O2,将叶绿体中的C5分解产生CO2的过程。光呼吸是一个“耗能浪费”的生理过程,因此,抑制植物的光呼吸可实现农作物的增产。 类型一　光呼吸 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 提醒　光呼吸与光合作用的关系:①与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体。光呼吸产生的条件是光照、高O2含量和低CO2含量等。②在干旱天气和过强光照下,因为温度很高,蒸腾作用很强,气孔大量关闭。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP,又可以为暗反应阶段提供原料,因此光呼吸对植物有重要的正面意义。 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 1.(2021·山东卷,T21)光照条件下,叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示,SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。 SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600 光合作用强度(CO2μmol·m-2·s-1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 光呼吸强度(CO2μmol·m-2·s-1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的_______中。正常进行光合作用的水稻,突然停止光照,叶片CO2释放量先增加后降低,CO2释放量增加的原因是___________________________________________ _______________________________________。 (2)与未喷施SoBS溶液相比,喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度____(填“高”或“低”),据表分析,原因是_______________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________。 基质 光照停止,产生的ATP、NADPH减少,暗反应消耗的C5减少,C5与O2结合增加,产生的CO2增多 低 喷施SoBS溶液后,光合作用固定的CO2增加,光呼吸(及呼吸作用)释放的CO2减少,即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时,在更低的光照强度下,两者即可相等 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物,农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度,据表分析,应在__________ mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。 100~300 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　(1)光合作用过程中CO2与C5结合发生在叶绿体基质中,根据光呼吸的概念,叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5,所以光呼吸中C5与O2结合的反应应该发生在叶绿体基质中。正常进行光合作用的水稻,突然停止光照,叶片中光反应停止,产生的ATP、NADPH减少,使暗反应减弱,暗反应中CO2与C5结合减弱,则C5与O2结合增加,CO2释放量增 加。(2)据题表可知,与未喷施SoBS溶液相比,喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片光合作用强度增大即光合作用固定的CO2增加,而光呼吸强度减小即光呼吸释放的CO2减少,再结合题干中SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计,所以喷施SoBS溶液后,叶片的CO2吸收量 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 增加、释放量减少。因此,在更低的光照强度下,叶片光合作用吸收的CO2量和光呼吸与细胞呼吸释放的CO2量相等。(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物,因此当光合作用强度与光呼吸强度差值最大时,最有利于农作物增产。结合题表数据可知,当喷施SoBS溶液浓度为200 mg/L时,光合作用强度与光呼吸强度差值最大,因此利于增产的最适喷施浓度应介于100~300 mg/L之间。 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 2.科学研究发现,正常进行光合作用的水稻,突然停止光照,叶片CO2释放量先增加后降低,主要原因是光照条件下,叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸,具体过程如图所示。下列说法正确的是(　　) 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 [注]　RuBP为核酮糖⁃1,5⁃二磷酸,是卡尔文循环里起重要作用的一种五碳糖;PGA为3⁃磷酸甘油酸,是一种三碳化合物;PG为二碳化合物; Rubisco为核酮糖⁃1,5⁃二磷酸羧化酶。 A.O2与C5结合的场所是叶绿体基质,生成CO2的场所是线粒体 B.突然停止光照,短时间内暗反应消耗的C5减少,C5与O2结合减少,产生的CO2减少 C.光呼吸消耗光合作用产物,农业生产中为增加产量,应采取措施,完全抑制农作物光呼吸 D.与有氧呼吸不同,光呼吸只能在光下进行,并且能产生大量ATP 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　C5主要分布在叶绿体基质中,所以O2与C5结合的场所是叶绿体基质,据题图可知生成CO2的场所是线粒体,A项正确;突然停止光照,光反应减弱,短时间内产生的ATP、NADPH减少,消耗的C5减少,C5与O2结合增加,产生的CO2增多,B项错误;光呼吸虽然消耗光合作用产物,但可以有效防止夏季中午光对植物的伤害,同时为光合作用提供原料,农业生产中,不能完全抑制光呼吸,C项错误;根据题干和题图可知,与有氧呼吸不同,光呼吸只能在光下进行,消耗O2和有机物,产生CO2,消耗能 量,不能产生ATP,D项错误。 答案　A 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 1.CO2固定的三种途径 (1)C3途径:也称卡尔文循环,整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束,在叶绿体基质中进行,可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。 类型二　C3植物、C4植物与景天科植物 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (2)C4途径。 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 ①研究玉米的叶片结构发现,玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。 ②C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体,能进行光反应,同时CO2被整合到C4化合物中,随后C4化合物进入维管束鞘细胞,维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体,C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环,进而生成有机物。(如图2)。 ③PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”,它提高了C4植物固定CO2的能力,使C4植物比C3植物具有较强光合作用能力(特别是在高温、光照强 烈、干旱条件下),并且无光合午休现象。常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (3)CAM途径。 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 ①仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合生长于干旱地区,其特点是气孔夜间开放,白天关闭。 ②该类植物夜间吸收CO2,淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下,CO2与PEP结合,生成草酰乙酸,进一步还原为苹果酸储存在液泡中。而白天气孔关闭,苹果酸转移到细胞质基质中脱羧,放出CO2,进入C3途径合成淀粉;形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖,最后合成淀粉或者转移到线粒体,进一步氧化释放CO2,又可进入C3途径。 ③该类植物叶肉细胞夜间淀粉减少,苹果酸增加,细胞液pH下降;白天淀粉增加,苹果酸减少,细胞液pH上升。 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 2.C3植物、C4植物和CAM植物的比较 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 与CO2结合的物质 RuBP(C5) PEP PEP CO2固定的 最初产物 C3 C4 草酰乙酸 CO2固定的时间 白天 白天 夜晚和白天 光反应的场所 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜 卡尔文循环的场所 叶肉细胞的叶绿体 基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的叶绿体 基质 有无光合午休 有 无 无 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 提醒　C3途径是碳同化的基本途径,C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用,最终还是通过C3途径合成有机物。 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 3.(2021·全国乙卷,T29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题: (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有___________________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和__________释放的CO2。 (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式,这种方式既能防止_________________,又能保证__________正常进行。 细胞质基质、线粒体、叶绿体 细胞呼吸 水分大量散失 光合作用 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (3)若以pH作为检测指标,请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果) 答案　(3)实验思路:取若干长势相同的植物甲,平均分为A、B两组;将A组置于干旱条件下培养,B组置于水分充足的条件下培养,其他条件相同且适宜;一段时间后,分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果:B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化,A组液泡中的pH夜晚明显低于白天。 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　(1)叶肉细胞的细胞呼吸场所为细胞质基质和线粒体,光合作用场所为叶绿体,细胞呼吸和光合作用均能产生ATP,所以白天叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。据题意可知,虽然白天气孔关闭,但液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用,此外细胞呼吸释放的CO2也可供给叶绿体,用于光合作用。(2)该类植物生活在干旱环境中,白天气孔关闭,可以防止蒸腾作用太强而导致水分大量散失;夜晚气孔打开,可以从外界吸收CO2,CO2通过生成苹果酸储存在液泡中,白天时苹果酸脱羧释放出CO2,保证了该类植物光合 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 作用的正常进行。(3)该实验的目的是验证植物甲在干旱环境中存在特殊的CO2固定方式,根据题干信息晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中,推测苹果酸的存在会导致液泡中呈酸性;由白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用,可判断苹果酸分解释放出CO2后液泡中酸性下降或趋于中性,因此实验中需检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡的pH。 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 4.(2022·全国甲卷,T29)根据光合作用中CO2的固定方式不同,可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题: (1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的,光反应阶段的产物是______________________(答出3点即可)。 O2、ATP和NADPH 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (2)正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位,原因是_____________________________(答出1点即可)。 (3)干旱会导致气孔开度减小,研究发现在同等程度干旱条件下,C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析,可能的原因是_________________________________________________________ ____________________________________________________。 自身呼吸作用要消耗一部分 干旱条件下,植物胞间CO2浓度低,C4植物的CO2补偿点比C3植物的低,C4植物能利用较低浓度的CO2进行光合作用(合理即可) 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　(1)光合作用的光反应阶段是在类囊体薄膜上进行的,在光反应阶段,叶绿体中光合色素吸收的光能一方面将水分解成O2和NADPH,另一方面在有关酶的催化作用下,ADP与Pi发生化学反应,形成ATP。(2)植物叶片细胞也要通过呼吸作用消耗一部分光合产物,故正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)干旱导致气孔开度减小,通过气孔进入叶肉细胞的CO2减少,C4植物的CO2补偿点比C3植物的低,C4植物能利用较低浓度的CO2进行光合作用,故在同等程度干旱条件下,C4植物比C3植物生长得好。 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (1)磷酸丙糖是光合作用中最先产生的糖,也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。 类型三　光合产物及运输 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (2)光合作用产生的磷酸丙糖既可以在叶绿体中形成淀粉,暂时储存在叶绿体中,又可以通过叶绿体膜上的磷酸转运器运出叶绿体,在细胞质基质中合成蔗糖。合成的蔗糖或临时储藏于液泡内,或从光合细胞中输出,经韧皮部装载,长距离运输到其他部位。 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 5.(2023·浙江1月选考,T23)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”,果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比(以果实数量与叶片数量比值表示)对叶片光合作用和光合产物分配的影响,实验结果见表1。 表1 项目 甲组 乙组 丙组 处理 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 [注]　①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶,用13CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率:单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量。 库源比 1/2 1/4 1/6 单位叶面积叶绿素相对含量 78.7 75.5 75.0 净光合速率(μmol·m-2·s-1) 9.31 8.99 8.75 果实中含13C光合产物(mg) 21.96 37.38 66.06 单果重(g) 11.81 12.21 19.59 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 回答下列问题: (1)叶片叶绿素含量测定时,可先提取叶绿体色素,再进行测定。提取叶绿体色素时,选择乙醇作为提取液的依据是_______________________ _________。 (2)研究光合产物从源分配到库时,给叶片供应13CO2,13CO2先与叶绿体内的____结合而被固定,形成的产物还原为糖需接受光反应合成的________________中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中,选用13CO2的原因有________________________________ _________(答出2点即可)。 叶绿体中的色素易溶于无水乙醇 C5 ATP和NADPH CO2是光合作用的原料,13C可以被仪器检测到 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (3)分析实验甲、乙、丙组结果可知,随着该植物库源比降低,叶净光合速率_______(填“升高”或“降低”)、果实中含13C光合产物的量_______ (填“增加”或“减少”)。库源比升高导致果实单果重变化的原因是_________________________________________________________。 (4)为进一步研究叶片光合产物的分配原则进行了 实验,库源处理如图所示,用13CO2供应给保留的叶 片进行光合作用,结果见表2。 降低 增加 光合作用合成的有机物总量减少,可提供给果实的有机物相应减少 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 表2 根据表2实验结果,从库与源的距离分析,叶片光合产物分配给果实的特点是_____________________________________________________ _______________________。 果实位置 果实中含13C光合产物(mg) 单果重(g) 第1果 26.91 12.31 第2果 18.00 10.43 第3果 2.14 8.19 离叶片越近的果实分配到的有机物越多,即库与源距离越近,库得到的有机物越多 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (5)综合上述实验结果,从调整库源比分析,下列措施中能提高单枝的合格果实产量(单果重10 g以上为合格)的是____(填选项字母)。 A.除草 B.遮光 C.疏果 D.松土 解析　(1)由于叶绿体色素是脂溶性物质,易溶于乙醇,故提取叶绿体色素时可选择乙醇作为提取液。(2)给叶片供应13CO2,13CO2先与五碳化合物结合形成C3,C3被还原为糖的反应是吸能反应,需要光反应的产物ATP和NADPH提供能量。由于CO2是光合作用的基本原料,13C可被仪器检测到,故研究光合产物从源分配到库时,给叶片供应13CO2。(3)分 C 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 析题表1可知,随着该植物库源比降低,叶片的净光合速率降低,果实中含13C光合产物的量增加。随着库源比升高,光合作用合成的有机物总量减少,可提供给果实的有机物相应减少,单果重也相应减小。(4)由题表分析可知,距离叶片(源)越近的果实(库),分配到的光合产物越多,单果越重,故从库与源的距离分析,叶片光合产物分配给果实时遵循就近分配原则。(5)除草和松土在一定程度上可以提高光合作用速率,但不一定能提高单枝的合格果实产量。遮光可降低光合作用速率,其不能提高单枝的合格果实产量。据题中信息可知,单果重10 g以上为合格。题表2中第3果的单果重为8.19 g,为不合格果实。从调整库源比分析,为了提高单枝的合格果实产量,可将距离叶片(源)较远的果实(库)摘除掉,C项符合题意。 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (1)光系统Ⅱ进行水的光解,产生氧气、H+和自由电子(e-),光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 类型四　光系统及电子传递链 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (2)电子传递过程是高电势到低电势(由于光能的作用),释放的能量将质子(H+)逆浓度梯度从类囊体的基质侧泵入囊腔侧,从而建立了质子浓度(电化学)梯度。 (3)类囊体内的高浓度质子通过ATP合成酶顺浓度梯度流出,而ATP合成酶利用质子顺浓度梯度中流出的能量来合成ATP。 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 6.(2023·湖北卷,T8)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体,PSⅡ光复合体含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究发现,PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ,通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　　) 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,PSⅡ光复合体对光能的捕获 增强 B.Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱 C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,不利于对光能的捕获 D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,LHCⅡ与PSⅡ分离减少, PSⅡ光复合体对光能的捕获增强,A项正确;Mg2+是叶绿素的组成成分,其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少,导致对光能的捕获减弱,B项正确;弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,增强对光能的捕获,C项错误;PSⅡ光复合体能吸收光能,并分解水,水的光解产生H+、电子和O2, D项正确。 答案　C 素养提升课(二)　光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 高考复习顶层设计 生物 第 ‹#› 页 赢在字里行间 本部分内容讲解结束 $$