热点01 C3植物、C4植物、CAM植物-2025年高考生物【热点·重点·难点】专练（广东专用）

热点01 C3植物、 C4植物、CAM植物 目录 1.命题趋势：明考情知方向 2.热点诠释：知重难、掌技巧、攻薄弱 一、光系统及电子传递链 二、C3植物 三、C4植物 四、CAM植物 五、C3植物、C4植物、CAM植物的比较 六、光呼吸 七、光抑制 3.限时提升练：（30min）综合能力提升 广东生物高考对C3、C4、CAM植物的考查趋向于综合化和深度化，需从结构、功能、生态适应等多角度掌握，并注重与大学知识的衔接（如光系统机制）。建议结合真题演练和图表分析提升解题能力。 1. 强化概念辨析： 制作表格对比C3、C4、CAM植物的代谢途径、关键酶、结构特点及代表植物。 重点区分C4植物的“空间分离”与CAM植物的“时间分离”。 2.联系实际案例： 结合广东地区常见作物（如水稻、甘蔗）分析其光合类型及栽培条件。 3. 关注跨模块知识 将光合作用与细胞呼吸、生态适应性结合，例如光呼吸与线粒体呼吸的关系。 4. 模拟真题训练： 重点练习涉及光系统、电子传递链及代谢途径的综合题。 一、光系统及电子传递链 光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。每一个光系统含有两个主要成分∶捕光复合物 (LHC)和光反应中心复合物。 (1) 电子传递过程是从高电势到低电势(光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于光能的作用，从而逆电势传递，这是一个吸能的过程)，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌利用这部分能量将质子(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。当然，光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行水的光解产生质子(H＋)以及在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程，为建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。 (2) 类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合酶顺浓度梯度流出，而ATP合酶利用质子顺浓度梯度流出的能量来合成ATP。 二、C3植物 不同的植物，暗反应的过程不一样，而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境适应的结果。 C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成光合产物等。(1)C3途径是碳同化的基本途径，也称为卡尔文循环，可合成糖类、淀粉等多种有机物。C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成光合产物等。 (2)通过C3途径固定CO2的植物称为C3植物，C3植物属于高光呼吸植物类型，光合速率较低，其种类多，分布广，多生长于暖湿条件下，如大多数树木、粮食类植物、烟草等。 三、C4植物 通过C4途径固定CO2的植物，主要是那些生活在干旱热带地区的植物。在这种环境中，植物只能短时间开放气孔，CO2的摄入量必然少。植物必须利用这少量的CO2进行光合作用，合成自身生长所需的物质。 C4植物的两次固定在空间上分开：在叶肉细胞内固定CO2，在维管束鞘细胞中同化CO2。 四、景天酸代谢：CAM途径 (1)指生长在热带或亚热带干旱及半干旱地区的一些肉质植物所具有的一种光合固定CO2的附加途径。具有这种途径的植物称为CAM植物。 (2)该途径的特点是CAM植物气孔只有晚上开放，将CO2生成苹果酸等进行固定，白天气孔关闭，苹果酸等则由液泡转入叶绿体中再释放CO2，再通过卡尔文循环转变成糖。这是植物对干旱环境的适应。 (3)CAM植物两次固定在时间上分开：在晚上固定CO2，在白天同化CO2。 五、C3植物、 C4植物、CAM植物的比较 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 碳同化途径 只有C3途径 C3途径和C4途径 C3途径和CAM途径 CO2固定酶 Rubisco Rubisco和PEPC Rubisco和PEPC 最初CO2受体 RuBP（C5） PEP PEP和RuBP CO2固定最初的产物 PGA（C3） OAA（草酰乙酸） OAA和PGA 六、光呼吸 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。在暗反应中，Rubisco能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco，光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。 光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。过程如下图所示： 光呼吸对生物体有一定的危害。如果在较强光下，光呼吸加强，使C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义，光呼吸可以回收碳元素，防止强光对叶绿体的破坏。 七、光抑制 正常在夏季，中午太阳直射的时候，光合作用的效率很低，其实在太阳光强度超过一定的阈值后（光饱和点），生物会启动自我保护机制，不再接收更多的光，这即是光抑制现象。造成光能转化效率下降。 光抑制的防御机制： 1.减少光吸收，植物体也可以通过叶运动(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。 2.如叶片变小、变厚，减少天线色素的量，提高电子传递和碳同化能力。 3.增加热耗散 4.进行光呼吸 一、单选题 1．（2025·广东省·一模）玉米的光合作用既有C4途径又有C3途径（如下图），PEP羧化酶对CO2具有较强亲和力。据图分析，下列说法正确的是（    ） A．物质B为C3，它和PEP均可固定CO2 B．卡尔文循环进行的场所是叶绿体基质 C．为过程②提供能量的物质有ATP和NADH D．在炎热夏季中午，叶肉细胞还可以生成淀粉 2．（2025·广东汕头·一模）辅酶Q10在心血管疾病治疗中发挥着重要作用，它可接收还原型辅酶I生成氧化型辅酶I时释放的电子，最终将电子传递给O2。据此推测辅酶Q10在细胞中起作用的部位是（　　） A．线粒体基质 B．线粒体内膜 C．细胞质基质 D．类囊体薄膜 二、非选择题 3．（2025·广州·一模）2022年，我国科学家利用高光敏感的拟南芥突变体揭示了植物光适应的一种新机制。该突变体由正常光强转移到高光条件时，光合速率显著下降，表现出典型的光抑制现象。研究发现其叶绿体中NAD磷酸激酶基因缺失，NAD磷酸激酶催化NAD+生成NADP+。图甲是光合作用的部分过程，其中PS I和PS II组成光反应系统。图乙是野生型与突变型的叶绿体内NADP+和NADPH的含量。 回答下列问题： (1)图甲所示的生物膜是 。 (2)据图乙结果，可推测在暗反应过程中，突变型拟南芥的C3还原速率 （填“高于”或“等于”或“低于”）野生型的。 (3)研究发现该突变型拟南芥中由psaA—psaB蛋白复合体组成的PS I功能受损，进一步研究发现野生型拟南芥叶绿体的psaA—psaB mRNA与核糖体的结合率明显大于突变型拟南芥。结合上述研究，推测NAD磷酸激酶间接影响PSI功能的机制是NAD磷酸激酶催化NAD+生成NADP+， ，更多的还原剂促进了psaA—psaB mRNA与核糖体的结合， ，进而促进PS I的生成。 (4)为验证NAD磷酸激酶具有缓解光抑制从而提升拟南芥光适应能力的作用。研究小组设置A、B、C组进行实验，A组为野生型拟南芥，B组为突变型拟南芥，C组 为，三组均给予强光照射，并在相同且适宜的条件下培养，测定并比较三组拟南芥光合作用的速率。预期结果为 。 4．（23-24高三上·广东深圳·期末）光合作用不仅是水稻生长发育的基础，也是产量的决定因素。科研人员研究在饱和光照强度时，不同氮素水平下，低叶绿素含量突变体（YL）及野生型（WT）的光合生理生化特性，相关生理特征见下表和图。（唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco酶，表格中生理指标都是与WT进行比较。） 指标 施氮量（kgNhm-2） 氮空白（0） 中氮（120） 高氮（240） YL叶绿素含量 -44% -51% -51% YL光合作用强度 +3.7% +20.4% +39.1% 注：“”表示降低，“+”表示升高 分析图表，回答下列问题： (1)WT吸收氮元素主要用于合成 ，从而有利于光合作用的进行；YL叶绿素含量比WT明显降低，其叶片主要吸收可见光中的 光。 (2)光合作用过程中，Rubisco酶在 （细胞内具体部位）中催化 形成C3。 (3)在不同氮素水平下，YL的叶绿素含量都显著下降，光合作用强度都不同程度升高，研究人员给出的解释为：在饱和光照强度时， 并不是光合作用的内在限制因素，YL倾向于合成更多影响光合速率的关键限制性因子 ，从而有利于提高光合作用强度。 5．（2025·广东深圳·一模）为选育适应弱光环境的优质水稻品种，研究人员通过γ射线诱变籼稻获得1株早熟䬺绿突变体水稻pe-1，并对水稻弱光胁迫的响应机制进行一系列研究。回答下列问题： (1)为了进行后续研究，研究人员通过 获得更多能稳定遗传的pe-1水稻。 (2)在水稻生长关键期，对野生型和pe-1水稻进行25％遮光处理7天，定期采集等量叶片浸泡在 （试剂）中浸提光合色素，直至叶片的颜色变成 ，再进行后续操作。 (3)经测定，野生型和pc-1叶绿素含量如图。据图分析，弱光胁迫后pe-1水稻叶片的黄化程度比野生型 （填“低”或“高”），依据是 。 (4)除光照外，CO2浓度也是影响光合作用的重要因素。绿叶吸收的CO2，在Robixco催化下，与C5结合，该过程是在细胞内的 发生，被称作 。在水稻大田种植过程中，试提出提高CO2供应量的一种具体措施 。 6．（2025·广东珠海·一模）Rubisco酶既可以催化C₅的羧化，也可以催化C₅的氧化。如果C₅被氧化，则会形成乙醇酸，乙醇酸能抑制暗反应多种酶的活性。为减少该类毒性代谢产物及碳素损失，植物进化出了光呼吸途径，相关路径如图所示。 回答下列问题： (1)据图可知，C₅的羧化是指暗反应中 过程。 (2)据图分析，光呼吸会消耗 ，从而影响暗反应导致植物光合速率下降。 (3)优化光呼吸代谢被认为是提高光合速率的关键突破口，目前科学家常用的优化方案有： ①加速光呼吸代谢：GDC是促进光呼吸中间产物代谢的关键酶，科学家利用基因工程构建了GDC基因过表达的拟南芥植株，发现相较于野生型，其光合速率明显上升，可能是因为图中 积累量下降从而提高了暗反应速率。 ②构建新的光呼吸通路：将苹果酸合成酶基因和乙醇酸脱氢酶基因导入烟草的叶绿体中，从而设计出一条新的光呼吸通路AP3。与原光呼吸通路相比，AP3通路促进光合作用的优势是 ，构建AP3通路同时，科学家还下调了转运蛋白PLGGI基因的表达量，目的是 。将同时具备以上改变的转基因烟草（AP3）与野生型（WT）进行田间试验，WT光合速率变化如图所示，请在图中绘制出AP3的预期结果。 7．（2024·广东肇庆·一模）当光照过强，植物吸收的光能超过植物所需时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。光能过剩时，叶肉细胞内因NADP＋不足，使电子传递给O2，形成超氧阴离子自由基()等一系列光有毒产物，破坏叶绿素和PSII反应中心（参与光反应的色素—蛋白质复合体）的D1蛋白，使D1蛋白高度磷酸化，并形成D1蛋白交联聚合物，随后D1蛋白降解，从而损伤光合结构。绿色植物通过如图所示的三重防御机制有效避免光系统损伤。回答下列问题： (1)PSII位于 （填细胞结构）上。强光条件下，叶肉细胞内NADP＋不足的原因是 。光呼吸能 （填“增强”或“缓解”）光抑制，原因是 。 (2)持续强光照射前后，叶片中的叶绿素含量可通过实验测定，先用有机溶剂提取绿叶中的色素，然后将提取到的色素溶液置于 （填“红光”“蓝紫光”或“白光”）下测定吸光度，根据吸光度值测定叶绿素含量。如果植物类胡萝卜素合成受阻，强光下会导致光合速率 （填“增大”“不变”或“减小”），原因是 （答出2点即可）。 (3)植物在长期进化过程中形成了多种方法来避免或减轻光抑制现象，具体可包括 （多选，填序号）。 ①叶片叶绿体避光运动②提高光合产物生成速率③增强自由基清除能力④提高叶绿素含量⑤增强热耗散⑥D1蛋白磷酸化程度升高 8．（2024·浙江台州·二模）自然界用简单的材料和巧妙的设计解决了植物适应光环境变化难题，它环环相扣展现出缜密性，形式多样体现出灵活性，就地取材极具经济性。回答下列问题： (1)地球上最大规模的能量物质转换和生物固碳过程是 。自然界的演化以最佳的生存和 为目标，而非人类所追求的最大生物量。 (2)光反应是一个 （吸能/放能）反应，其过程如下图，光系统进行捕光并完成电荷分离，实现从光能到 的转换，生成的电子通过电子传递链最终生成 ；并使氢离子形成 ，驱动ATP合酶生成ATP的过程。 光反应示意图 (3)叶绿素作为天然光催化剂，驱动水分解产生 ，这是维持地球上好氧生命的关键过程。通过铜的修饰可以提高叶绿素a的稳定性，因此可利用Cu取代叶绿素a中心的 以提高其稳定性。此外，叶绿素还可与碳材料形成多元催化剂使光合作用显著增强，因为碳材料在300-400nm范围内表现出很强的吸光度，可以有效地将这些光子转化为可见的 光以被天然叶绿素用于光合作用。 (4)2021年我国科学家首次实现了无细胞条件下二氧化碳到淀粉的人工合成，速率为玉米的8.5倍。写出这项技术具有的重要意义有 （写出两点）。 9．（2023·北京朝阳·二模）实现碳中和、碳达峰目标，需全面发掘固碳资源。研究者利用弃耕农田探究植物物种丰富度对土壤固碳能力的影响。 (1)叶肉细胞吸收的CO2在 中与C5结合，最终还原产生C3，此类植物为C3植物（包括豆科）。与C3植物相比，C4植物含有对CO2亲和力较高的PEP羧化酶，在干旱、高温、强光等条件下大部分气孔关闭时C4植物仍能利用 ，影响该反应的内部因素包括 （写出两个）。 (2)研究者选取若干大小相同的弃耕农田样地，去除原有植物根系、大颗粒等，分别种植1、2、4、8、16种植物，每块样地中的植物从16种草原物种中随机选择。所有样地均不施肥，若干年后测定样地固碳速率，结果如图。 种植过程中及时去除杂草的目的是 。结果显示， 土壤固碳速率越高，14-22年间土壤固碳速率增加可能与 （选填下列字母）增加有关。 A．地上植物凋落物            B．土壤根系生物量 C．土壤微生物及其残体        D．根系分泌物如糖、氨基酸等 (3)研究者发现豆科、C4植物联合种植对土壤固碳作用贡献较大。豆科植物根部共生根瘤菌能够固氮，其根系生物量较低且易被分解，C4植物根系生物量高不易被分解。依据上述研究结果，分析二者联合种植固碳速率高的原因 。 (4)草原生态系统存储了约三分之一陆地碳储量，过度放牧导致草地退化严重，碳储量明显下降。从稳态与平衡角度，提出恢复草地碳储量的措施 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 热点01 C3植物、 C4植物、CAM植物 目录 1.命题趋势：明考情知方向 2.热点诠释：知重难、掌技巧、攻薄弱 一、光系统及电子传递链 二、C3植物 三、C4植物 四、CAM植物 五、C3植物、C4植物、CAM植物的比较 六、光呼吸 七、光抑制 3.限时提升练：（30min）综合能力提升 广东生物高考对C3、C4、CAM植物的考查趋向于综合化和深度化，需从结构、功能、生态适应等多角度掌握，并注重与大学知识的衔接（如光系统机制）。建议结合真题演练和图表分析提升解题能力。 1. 强化概念辨析： 制作表格对比C3、C4、CAM植物的代谢途径、关键酶、结构特点及代表植物。 重点区分C4植物的“空间分离”与CAM植物的“时间分离”。 2.联系实际案例： 结合广东地区常见作物（如水稻、甘蔗）分析其光合类型及栽培条件。 3. 关注跨模块知识 将光合作用与细胞呼吸、生态适应性结合，例如光呼吸与线粒体呼吸的关系。 4. 模拟真题训练： 重点练习涉及光系统、电子传递链及代谢途径的综合题。 一、光系统及电子传递链 光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。每一个光系统含有两个主要成分∶捕光复合物 (LHC)和光反应中心复合物。 (1) 电子传递过程是从高电势到低电势(光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于光能的作用，从而逆电势传递，这是一个吸能的过程)，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌利用这部分能量将质子(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。当然，光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行水的光解产生质子(H＋)以及在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程，为建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。 (2) 类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合酶顺浓度梯度流出，而ATP合酶利用质子顺浓度梯度流出的能量来合成ATP。 二、C3植物 不同的植物，暗反应的过程不一样，而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境适应的结果。 C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成光合产物等。(1)C3途径是碳同化的基本途径，也称为卡尔文循环，可合成糖类、淀粉等多种有机物。C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成光合产物等。 (2)通过C3途径固定CO2的植物称为C3植物，C3植物属于高光呼吸植物类型，光合速率较低，其种类多，分布广，多生长于暖湿条件下，如大多数树木、粮食类植物、烟草等。 三、C4植物 通过C4途径固定CO2的植物，主要是那些生活在干旱热带地区的植物。在这种环境中，植物只能短时间开放气孔，CO2的摄入量必然少。植物必须利用这少量的CO2进行光合作用，合成自身生长所需的物质。 C4植物的两次固定在空间上分开：在叶肉细胞内固定CO2，在维管束鞘细胞中同化CO2。 四、景天酸代谢：CAM途径 (1)指生长在热带或亚热带干旱及半干旱地区的一些肉质植物所具有的一种光合固定CO2的附加途径。具有这种途径的植物称为CAM植物。 (2)该途径的特点是CAM植物气孔只有晚上开放，将CO2生成苹果酸等进行固定，白天气孔关闭，苹果酸等则由液泡转入叶绿体中再释放CO2，再通过卡尔文循环转变成糖。这是植物对干旱环境的适应。 (3)CAM植物两次固定在时间上分开：在晚上固定CO2，在白天同化CO2。 五、C3植物、 C4植物、CAM植物的比较 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 碳同化途径 只有C3途径 C3途径和C4途径 C3途径和CAM途径 CO2固定酶 Rubisco Rubisco和PEPC Rubisco和PEPC 最初CO2受体 RuBP（C5） PEP PEP和RuBP CO2固定最初的产物 PGA（C3） OAA（草酰乙酸） OAA和PGA 六、光呼吸 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。在暗反应中，Rubisco能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco，光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。 光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。过程如下图所示： 光呼吸对生物体有一定的危害。如果在较强光下，光呼吸加强，使C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义，光呼吸可以回收碳元素，防止强光对叶绿体的破坏。 七、光抑制 正常在夏季，中午太阳直射的时候，光合作用的效率很低，其实在太阳光强度超过一定的阈值后（光饱和点），生物会启动自我保护机制，不再接收更多的光，这即是光抑制现象。造成光能转化效率下降。 光抑制的防御机制： 1.减少光吸收，植物体也可以通过叶运动(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。 2.如叶片变小、变厚，减少天线色素的量，提高电子传递和碳同化能力。 3.增加热耗散 4.进行光呼吸 一、单选题 1．（2025·广东省·一模）玉米的光合作用既有C4途径又有C3途径（如下图），PEP羧化酶对CO2具有较强亲和力。据图分析，下列说法正确的是（    ） A．物质B为C3，它和PEP均可固定CO2 B．卡尔文循环进行的场所是叶绿体基质 C．为过程②提供能量的物质有ATP和NADH D．在炎热夏季中午，叶肉细胞还可以生成淀粉 【答案】B 【详解】选项A：在卡尔文循环中，与CO2结合的是C5，所以物质B为C5，而不是C3，只有PEP能固定CO2，C5不能固定CO2，该选项错误。 选项B：卡尔文循环即暗反应阶段，其进行的场所是叶绿体基质，这是光合作用中暗反应的基本知识点，该选项正确。 选项C：为过程②（卡尔文循环中C3的还原等过程）提供能量的物质是ATP和NADPH（还原型辅酶Ⅱ），而NADH是细胞呼吸中产生的一种辅酶，与光合作用卡尔文循环的能量供应无关，该选项错误。 - 选项D：在炎热夏季中午，植物会出现“光合午休”现象，气孔关闭，CO2供应不足，虽然叶肉细胞中有C4途径，但最终在维管束鞘细胞中进行卡尔文循环合成有机物，淀粉主要在维管束鞘细胞中生成，而不是叶肉细胞，该选项错误。 2．（2025·广东汕头·一模）辅酶Q10在心血管疾病治疗中发挥着重要作用，它可接收还原型辅酶I生成氧化型辅酶I时释放的电子，最终将电子传递给O2。据此推测辅酶Q10在细胞中起作用的部位是（　　） A．线粒体基质 B．线粒体内膜 C．细胞质基质 D．类囊体薄膜 【答案】B 【分析】细胞的有氧呼吸是指需氧代谢类型的细胞在有氧条件下，将细胞内的有机物氧化分解产生CO2和H2O，并将葡萄糖中的化学能转化为其他形式的能量的过程，有氧呼吸有三个阶段：第一阶段是葡萄糖生成丙酮酸的过程；第二阶段是丙酮酸经过一系列的氧化反应，最终生成CO2和NADH；第三阶段为电子传递链过程，前两个阶段产生的NADH最终与O2反应生成水，并产生大量能量的过程。 【详解】辅酶Q10可接收还原型辅酶I生成氧化型辅酶I时释放的电子，最终将电子传递给O2形成水，参与有氧呼吸的第三阶段，场所是线粒体内膜，B正确，ACD错误。 故选B。 二、非选择题 3．（2025·广州·一模）2022年，我国科学家利用高光敏感的拟南芥突变体揭示了植物光适应的一种新机制。该突变体由正常光强转移到高光条件时，光合速率显著下降，表现出典型的光抑制现象。研究发现其叶绿体中NAD磷酸激酶基因缺失，NAD磷酸激酶催化NAD+生成NADP+。图甲是光合作用的部分过程，其中PS I和PS II组成光反应系统。图乙是野生型与突变型的叶绿体内NADP+和NADPH的含量。 回答下列问题： (1)图甲所示的生物膜是 。 (2)据图乙结果，可推测在暗反应过程中，突变型拟南芥的C3还原速率 （填“高于”或“等于”或“低于”）野生型的。 (3)研究发现该突变型拟南芥中由psaA—psaB蛋白复合体组成的PS I功能受损，进一步研究发现野生型拟南芥叶绿体的psaA—psaB mRNA与核糖体的结合率明显大于突变型拟南芥。结合上述研究，推测NAD磷酸激酶间接影响PSI功能的机制是NAD磷酸激酶催化NAD+生成NADP+， ，更多的还原剂促进了psaA—psaB mRNA与核糖体的结合， ，进而促进PS I的生成。 (4)为验证NAD磷酸激酶具有缓解光抑制从而提升拟南芥光适应能力的作用。研究小组设置A、B、C组进行实验，A组为野生型拟南芥，B组为突变型拟南芥，C组 为，三组均给予强光照射，并在相同且适宜的条件下培养，测定并比较三组拟南芥光合作用的速率。预期结果为 。 【答案】 (1)叶绿体类囊体薄膜 (2)低于 (3)生成更多的NADPH；加快了psaA - psaB蛋白复合体的合成 (4)将NAD磷酸激酶基因导入突变型拟南芥形成的转基因拟南芥；A组和C组拟南芥光合作用速率接近且大于B组拟南芥光合作用速率 【详解】 (1)：图甲中显示了水的光解H2O分解产生O2等以及NADP+转化为NADPH、ADP和Pi合成ATP等过程，这些都是光合作用光反应的过程，而光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，所以图甲所示的生物膜是叶绿体类囊体薄膜。 (2)：暗反应中C3的还原需要光反应提供的NADPH和ATP。从图乙可知，突变型拟南芥叶绿体内NADPH的含量低于野生型。NADPH作为还原剂，其含量低会使C3还原的速率降低，所以可推测在暗反应过程中，突变型拟南芥的C3还原速率低于野生型的。 (3)：NAD磷酸激酶催化NAD生成NADP+，在光反应中，NADP+会接受电子和H+形成NADPH，即生成更多的NADPH（还原剂）。更多的还原剂促进了psaA - psaBmRNA与核糖体的结合，从而加快了psaA - psaB蛋白复合体的合成，进而促进PS I的生成。 (4)：为验证NAD磷酸激酶具有缓解光抑制从而提升拟南芥光适应能力的作用，A组为野生型拟南芥（含有正常的NAD磷酸激酶），B组为突变型拟南芥NAD磷酸激酶基因缺失），C组应为将NAD磷酸激酶基因导入突变型拟南芥形成的转基因拟南芥。预期结果为：因为野生型拟南芥有正常的NAD磷酸激酶能缓解光抑制，C组导入了该基因也能缓解光抑制，而B组缺乏该基因不能缓解光抑制，所以A组和C组拟南芥光合作用速率接近且大于B组拟南芥光合作用速率。 4．（23-24高三上·广东深圳·期末）光合作用不仅是水稻生长发育的基础，也是产量的决定因素。科研人员研究在饱和光照强度时，不同氮素水平下，低叶绿素含量突变体（YL）及野生型（WT）的光合生理生化特性，相关生理特征见下表和图。（唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco酶，表格中生理指标都是与WT进行比较。） 指标 施氮量（kgNhm-2） 氮空白（0） 中氮（120） 高氮（240） YL叶绿素含量 -44% -51% -51% YL光合作用强度 +3.7% +20.4% +39.1% 注：“”表示降低，“+”表示升高 分析图表，回答下列问题： (1)WT吸收氮元素主要用于合成 ，从而有利于光合作用的进行；YL叶绿素含量比WT明显降低，其叶片主要吸收可见光中的 光。 (2)光合作用过程中，Rubisco酶在 （细胞内具体部位）中催化 形成C3。 (3)在不同氮素水平下，YL的叶绿素含量都显著下降，光合作用强度都不同程度升高，研究人员给出的解释为：在饱和光照强度时， 并不是光合作用的内在限制因素，YL倾向于合成更多影响光合速率的关键限制性因子 ，从而有利于提高光合作用强度。 【答案】(1) 叶绿素 蓝紫光 (2) 叶绿体基质 C5和CO2 (3) NADPH和ATP Rubisco酶 【分析】据图分析，随着氮肥量增加，两种水稻的Rubisco酶含量都提高，但突变体的Rubisco酶含量提高较多。 【详解】（1）从表格中看出，YL的叶绿素含量比WT低，所以WT吸收氮元素主要合成叶绿素，而有利于光合作用的进行；YL叶绿素含量降低，主要含有类胡萝卜素，所以主要吸收可见光中的蓝紫光。 （2）Rubisco酶催化CO2固定形成C3，所以存在于叶绿体基质中，催化C5和CO2反应生成C3。 （3）饱和光照强度时，光反应强度高，所以生成的NADPH和ATP较多，并不是光合作用的内在限制因素，而暗反应限制了光合作用的速率，所以YL倾向于合成更多影响光合速率的关键限制性因子为Rubisco酶，催化C5和CO2反应生成C3，从而有利于提高光合作用强度。 5．（2025·广东深圳·一模）为选育适应弱光环境的优质水稻品种，研究人员通过γ射线诱变籼稻获得1株早熟䬺绿突变体水稻pe-1，并对水稻弱光胁迫的响应机制进行一系列研究。回答下列问题： (1)为了进行后续研究，研究人员通过 获得更多能稳定遗传的pe-1水稻。 (2)在水稻生长关键期，对野生型和pe-1水稻进行25％遮光处理7天，定期采集等量叶片浸泡在 （试剂）中浸提光合色素，直至叶片的颜色变成 ，再进行后续操作。 (3)经测定，野生型和pc-1叶绿素含量如图。据图分析，弱光胁迫后pe-1水稻叶片的黄化程度比野生型 （填“低”或“高”），依据是 。 (4)除光照外，CO2浓度也是影响光合作用的重要因素。绿叶吸收的CO2，在Robixco催化下，与C5结合，该过程是在细胞内的 发生，被称作 。在水稻大田种植过程中，试提出提高CO2供应量的一种具体措施 。 【答案】(1)连续自交或单倍体育种 (2) 无水乙醇 白色 (3) 低 pe-1叶片中叶绿素含量随着天数的增加而变多，而野生型的却减少 (4) 叶绿体基质 二氧化碳的固定 施用农家肥（有机肥） 【分析】提取光合色素常用的试剂是无水乙醇，因为光合色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。 【详解】（1）为了进行后续研究，研究人员通过连续自交或单倍体育种获得更多能稳定遗传的pe-1水稻。 （2）提取光合色素常用的试剂是无水乙醇，因为光合色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。 当叶片中的色素被充分提取到无水乙醇中后，叶片的颜色会变成白色，再进行后续操作。 （3）从图中可以看出，在弱光胁迫下，野生型水稻叶绿素含量下降幅度比pe - 1水稻大。 叶绿素含量高叶片颜色深，黄化程度低；叶绿素含量低叶片颜色浅，黄化程度高。pe-1叶片中叶绿素含量随着天数的增加而变多，而野生型的却减少，由于野生型水稻叶绿素含量下降幅度大，所以其叶片黄化程度高，即弱光胁迫后pe - 1水稻叶片的黄化程度比野生型低。 （4）绿叶吸收的CO2，在Robixco催化下，与C5结合，为光合作用的暗反应阶段，场所在叶绿体基质，该过程被称为二氧化碳的固定，在水稻大田种植过程中，可以通过增施有机肥来提高CO2 供应量。因为有机肥在分解过程中会产生大量的二氧化碳，从而增加田间二氧化碳浓度。 6．（2025·广东珠海·一模）Rubisco酶既可以催化C₅的羧化，也可以催化C₅的氧化。如果C₅被氧化，则会形成乙醇酸，乙醇酸能抑制暗反应多种酶的活性。为减少该类毒性代谢产物及碳素损失，植物进化出了光呼吸途径，相关路径如图所示。 回答下列问题： (1)据图可知，C₅的羧化是指暗反应中 过程。 (2)据图分析，光呼吸会消耗 ，从而影响暗反应导致植物光合速率下降。 (3)优化光呼吸代谢被认为是提高光合速率的关键突破口，目前科学家常用的优化方案有： ①加速光呼吸代谢：GDC是促进光呼吸中间产物代谢的关键酶，科学家利用基因工程构建了GDC基因过表达的拟南芥植株，发现相较于野生型，其光合速率明显上升，可能是因为图中 积累量下降从而提高了暗反应速率。 ②构建新的光呼吸通路：将苹果酸合成酶基因和乙醇酸脱氢酶基因导入烟草的叶绿体中，从而设计出一条新的光呼吸通路AP3。与原光呼吸通路相比，AP3通路促进光合作用的优势是 ，构建AP3通路同时，科学家还下调了转运蛋白PLGGI基因的表达量，目的是 。将同时具备以上改变的转基因烟草（AP3）与野生型（WT）进行田间试验，WT光合速率变化如图所示，请在图中绘制出AP3的预期结果。 【答案】(1)CO2与 C5结合生成 C3 (2)ATP 和NADPH、C5 (3) 乙醇酸 不消耗ATP，使叶绿体内CO2浓度升高   减少乙醇酸的输出，使更多乙醇酸参与AP3通路 【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，其中光反应包括水的光解和ATP的生成，暗反应包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原等。 【详解】（1）暗反应过程包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原过程，据图可知，C₅的羧化是指暗反应中CO2与 C5结合生成 C3。 （2）图中→表示光呼吸通路，据此可知，光呼吸会消耗ATP 和NADPH、C5，其中ATP 和NADPH会参与暗反应过程中C3的还原，故光呼吸会影响暗反应导致植物光合速率下降。 （3）①GDC是促进光呼吸中间产物代谢的关键酶，科学家利用基因工程构建了GDC基因过表达的拟南芥植株，发现相较于野生型，其光合速率明显上升，可能是因为图中乙醇酸积累量下降从而提高了暗反应速率。 ②AP3通路是将苹果酸合成酶基因和乙醇酸脱氢酶基因导入烟草的叶绿体中，与原光呼吸通路相比，AP3通路促进光合作用的优势是不消耗ATP，使叶绿体内CO2浓度升高；科学家还下调了转运蛋白PLGGI基因的表达量，目的是减少乙醇酸的输出，使更乙醇酸参与AP3通路；相同胞间 CO2浓度下AP3 的光合速率高于WT，曲线整体位于 WT 上方且趋势相似，故可绘制曲线如下： 7．（2024·广东肇庆·一模）当光照过强，植物吸收的光能超过植物所需时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。光能过剩时，叶肉细胞内因NADP＋不足，使电子传递给O2，形成超氧阴离子自由基()等一系列光有毒产物，破坏叶绿素和PSII反应中心（参与光反应的色素—蛋白质复合体）的D1蛋白，使D1蛋白高度磷酸化，并形成D1蛋白交联聚合物，随后D1蛋白降解，从而损伤光合结构。绿色植物通过如图所示的三重防御机制有效避免光系统损伤。回答下列问题： (1)PSII位于 （填细胞结构）上。强光条件下，叶肉细胞内NADP＋不足的原因是 。光呼吸能 （填“增强”或“缓解”）光抑制，原因是 。 (2)持续强光照射前后，叶片中的叶绿素含量可通过实验测定，先用有机溶剂提取绿叶中的色素，然后将提取到的色素溶液置于 （填“红光”“蓝紫光”或“白光”）下测定吸光度，根据吸光度值测定叶绿素含量。如果植物类胡萝卜素合成受阻，强光下会导致光合速率 （填“增大”“不变”或“减小”），原因是 （答出2点即可）。 (3)植物在长期进化过程中形成了多种方法来避免或减轻光抑制现象，具体可包括 （多选，填序号）。 ①叶片叶绿体避光运动②提高光合产物生成速率③增强自由基清除能力④提高叶绿素含量⑤增强热耗散⑥D1蛋白磷酸化程度升高 【答案】(1) 类囊体薄膜 强光条件下，光反应消耗的NADP＋多于暗反应生成的量，导致NADP＋不足 缓解 一方面光呼吸消耗了多余的NADPH，生成NADP＋；另一方面消耗O2，减少O2-等一系列光有毒产物的产生，减少对PSII的损伤 (2) 红光 减小 对蓝紫光的吸收减少；无法及时清除光有毒产物 (3)①②③⑤ 【分析】光合作用过程包括光反应和暗反应两个阶段。光反应的场所是叶绿体类的囊体薄膜，发生的物质变化有水的光解、ATP和NADPH的生成；暗反应的场所是叶绿体基质，发生的物质变化有CO2的固定和C3的还原，消耗ATP和NADPH。 【详解】（1）PSII是参与光反应的色素一蛋白质复合体，应位于类囊体薄膜上。强光条件下，光反应消耗的NADP＋多于暗反应生成的量，导致NADP＋不足。光呼吸能缓解光抑制，原因是一方面光呼吸消耗了多余的NADPH，生成NADP＋；另一方面消耗O2，减少等一系列光有毒产物的产生，减少对PSII的损伤。 （2）叶片中的叶绿素含量可通过实验测定，先用有机溶剂提取绿叶中的色素，然后将提取到的色素溶液置于红光下测定吸光度，使用该种光源的原因是叶绿素能吸收红光，类胡萝卜素不吸收红光，用红光检测可排除类胡萝卜素对结果的干扰。据图可知，第二道防线是类胡萝卜素的清除作用，如果类胡萝卜素合成受阻，强光下会导致光合速率减小更明显，原因是对蓝紫光的吸收减少，且无法及时清除光有毒产物。 （3）由图可知，光能的去向之一为热消耗，所以植物避免或减轻光抑制现象的方法具体可包括⑤增强热耗散；①叶片叶绿体避光运动：减少对光的吸收；②提高光合产物生成速率，即提高光合速率，消耗更多的光能；③增强自由基清除能力：减少对光合结构的破坏。而④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收，不能减轻光抑制；⑥D1蛋白磷酸化程度升高，D1蛋白降解的更多，不能减轻光抑制。故选①②③⑤。 8．（2024·浙江台州·二模）自然界用简单的材料和巧妙的设计解决了植物适应光环境变化难题，它环环相扣展现出缜密性，形式多样体现出灵活性，就地取材极具经济性。回答下列问题： (1)地球上最大规模的能量物质转换和生物固碳过程是 。自然界的演化以最佳的生存和 为目标，而非人类所追求的最大生物量。 (2)光反应是一个 （吸能/放能）反应，其过程如下图，光系统进行捕光并完成电荷分离，实现从光能到 的转换，生成的电子通过电子传递链最终生成 ；并使氢离子形成 ，驱动ATP合酶生成ATP的过程。 光反应示意图 (3)叶绿素作为天然光催化剂，驱动水分解产生 ，这是维持地球上好氧生命的关键过程。通过铜的修饰可以提高叶绿素a的稳定性，因此可利用Cu取代叶绿素a中心的 以提高其稳定性。此外，叶绿素还可与碳材料形成多元催化剂使光合作用显著增强，因为碳材料在300-400nm范围内表现出很强的吸光度，可以有效地将这些光子转化为可见的 光以被天然叶绿素用于光合作用。 (4)2021年我国科学家首次实现了无细胞条件下二氧化碳到淀粉的人工合成，速率为玉米的8.5倍。写出这项技术具有的重要意义有 （写出两点）。 【答案】(1) 光合作用 繁衍（繁殖） (2) 吸能 电能 NADPH 质子梯度（H+浓度差） (3) H+、O2、e- Mg2+（镁） 红光和蓝紫光 (4)解决粮食短缺问题、缓解温室效应、实现碳中和 【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收、传递和转换光能，并将一部分光能用于水的光解生成NADPH和氧气，另一部分光能用于合成ATP，暗反应发生场所是叶绿体基质中，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，三碳化合物利用光反应产生的NADPH和ATP被还原。 【详解】（1）地球上最大规模的能量物质转换和生物固碳过程是光合作用。自然界的演化以最佳的生存和繁衍（繁殖）为目标，而非人类所追求的最大生物量。 （2）据图可知，光反应是一个吸能反应，主要完成水的光解生成NADPH以及ATP的合成，需要太阳能为其提供能量，光系统进行捕光并完成电荷分离，实现从光能到电能的转换，生成的电子通过电子传递链最终生成NADPH；并使氢离子形成质子梯度（H+浓度差），驱动ATP合酶生成ATP的过程。 （3）叶绿素作为天然光催化剂，驱动水分解产生H+、O2、e-，这是维持地球上好氧生命的关键过程。镁是构成叶绿素的重要元素，通过铜的修饰可以提高叶绿素a的稳定性，因此可利用Cu取代叶绿素a中心的Mg2+（镁）以提高其稳定性。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿素还可与碳材料在300-400nm范围内表现出很强的吸光度，可以有效地将这些光子转化为可见的红光和蓝紫光以被天然叶绿素用于光合作用。 （4）2021年我国科学家首次实现了无细胞条件下二氧化碳到淀粉的人工合成，速率为玉米的8.5倍。写出这项技术具有的重要意义有决粮食短缺问题、缓解温室效应、实现碳中和。 9．（2023·北京朝阳·二模）实现碳中和、碳达峰目标，需全面发掘固碳资源。研究者利用弃耕农田探究植物物种丰富度对土壤固碳能力的影响。 (1)叶肉细胞吸收的CO2在 中与C5结合，最终还原产生C3，此类植物为C3植物（包括豆科）。与C3植物相比，C4植物含有对CO2亲和力较高的PEP羧化酶，在干旱、高温、强光等条件下大部分气孔关闭时C4植物仍能利用 ，影响该反应的内部因素包括 （写出两个）。 (2)研究者选取若干大小相同的弃耕农田样地，去除原有植物根系、大颗粒等，分别种植1、2、4、8、16种植物，每块样地中的植物从16种草原物种中随机选择。所有样地均不施肥，若干年后测定样地固碳速率，结果如图。 种植过程中及时去除杂草的目的是 。结果显示， 土壤固碳速率越高，14-22年间土壤固碳速率增加可能与 （选填下列字母）增加有关。 A．地上植物凋落物            B．土壤根系生物量 C．土壤微生物及其残体        D．根系分泌物如糖、氨基酸等 (3)研究者发现豆科、C4植物联合种植对土壤固碳作用贡献较大。豆科植物根部共生根瘤菌能够固氮，其根系生物量较低且易被分解，C4植物根系生物量高不易被分解。依据上述研究结果，分析二者联合种植固碳速率高的原因 。 (4)草原生态系统存储了约三分之一陆地碳储量，过度放牧导致草地退化严重，碳储量明显下降。从稳态与平衡角度，提出恢复草地碳储量的措施 。 【答案】(1) 叶绿体基质 低浓度CO2 PEP羧化酶活性，含量 (2) 保持原有的物种组成 植物物种丰富度越高 ABCD (3)C4植物地上部分光合作用效率高且地下根系分解缓慢，C4、豆科植物共同种植时，C4植物能利用豆科植物根降解释放的氮作为肥料增加地上和地下生物量，进而提高固碳速率 (4)改善放牧管理同时在牧场种植本地豆科、C4等植物 【分析】1、暗反应阶段：光合作用第二个阶段中的化学反应，没有光能也可以进行，在叶绿体内的基质中进行。通过CO2固定和C3还原生成有机物，并将ATP中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能。 2、影响植物光合作用的主要外部因素有光照强度、CO2浓度，温度、矿物质含量等，内部因素主要有光合色素含量、酶的活性和含量等。 【详解】（1）根据光合作用暗反应的物质变化可知，CO2与C5结合（即CO2固定）发生在叶绿体基质中。由题干可知，C4植物的PEP羧化酶对CO2亲和力较高，因此在气孔关闭，胞间CO2浓度较低的情况下，C4植物可以利用这些低浓度的CO2进行光合作用，此时影响C4植物光合速率的内部因素主要是植物自身含有的PEP羧化酶的含量、活性。 （2）种植实验过程中，实验自变量是种植草原物种的种类，应当及时去除杂草，使每个实验组都能保持原有物种组成，排除杂草出现对实验结果的影响。由图可知，随着植物物种丰富度提高，1-13年间，土壤固碳速率逐渐增大（除了物种丰富度为8时略有下降），14-22年土壤固碳速率也是逐渐增大。 A、在14-22年间，随着群落的演替，植物多样性提高，植物生产量增大，地上植物掉落物增多，土壤中有机物增多，固碳速率提高，A正确； B、土壤根系生物量增大，意味着地下部分有机物增多，固碳速率提高，B正确； C、根系周围生活的土壤微生物有助于固定氮、磷、钾等植物生长所必须的矿质元素，促进植物生长，提高固碳速率，C正确； D、根系分泌物增多，在根系周围形成优良微生物群落，可以提高矿物质的利用率，同时可改善土壤结构，促进植物生长，提高土壤固氮速率，D正确。 故选ABCD。 （3）豆科植物固氮，但根质量较低，产生的凋落物分解速度更快；C4植物可以利用分解豆科植物根释放的氮来生产地上和地下生物量，这些生物量分解缓慢，导致碳的积累，有利于固碳速率提高。 （4）由题干可知，C4植物根系生物量高不易被分解，豆科植物能够固氮，增加土壤氮含量，有利于植物生长积累有机物，因此种植豆科植物和C4植物有利于恢复草地碳储量。同时严格控制放牧强度，适度放牧有利于草原生物多样性的恢复，提高草地资源利用率。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$