第二单元 微专题3 光呼吸、C3和C4代谢、测光合速率-【金版教程】2026年高考生物一轮总复习首选用卷课件PPT（多选版）

　　　　　　　　　　　　　 第一编　考点通关练 第二单元　细胞代谢 微专题3　光呼吸、C3和C4代谢、测光合速率 A．光呼吸时C5与O2的结合发生在线粒体 内膜上 B．光呼吸可以将部分碳重新回收进入 卡尔文循环 C．GCGT支路有利于减少H2O2对叶绿体的损害 D．GCGT支路可以降低光呼吸从而提高光合效率 1．(2024·北京朝阳模拟)光呼吸是植物利用光能，吸收O2并释放CO2的过程。研究者将四种酶基因(GLO、CAT、GCL、TSR)导入水稻叶绿体，创造了一条新的光呼吸代谢支路(GCGT支路)，如图虚线所示。据图分析，下列推测错误的是(　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 解析：图中C5在叶绿体基质中产生，所以光呼吸时C5和O2的结合发生在叶绿体中，A错误；GCGT支路中，甘油酸可转化为PGA，进而将碳重新回收进入卡尔文循环，B正确；GCGT支路中，H2O2可被分解为H2O和O2，有利于减少其对叶绿体的损害，C正确；光呼吸代谢支路(GCGT支路)可以将部分碳重新回收进入卡尔文循环，有利于降低光呼吸消耗，从而提高光合速率，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3 物，其固定CO2的途径如图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍。下列有关叙述错误的是(　　) A．图中CO2进入叶肉细胞被固定的最初产物是草酰乙酸 B．高温条件下，C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭 C．低浓度CO2条件下，C4植物可能比C3植物生长得好 D．苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞 2．(2024·金溪月考)研究发现，玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环(固定CO2的初产物为C3，简称C3途径)外，还有另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物为C4，简称C4途径，这种植物为C4植 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 4 解析：图中CO2进入叶肉细胞后，与磷酸烯醇式丙酮酸结合，生成草酰乙酸，A正确；高温条件下，C4植物光合效率高的原因是C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco酶，故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用，B错误；低浓度CO2条件下，C4植物能够利用低浓度的CO2进行光合作用，C3植物则不能，因此C4植物可能比C3植物生长得好，C正确；由图可知，苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 5 3．玉米固定CO2的能力比小麦的强70倍，这与其具有的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC，玉米等C4植物特有的固定CO2的关键酶)密切相关。将转玉米PEPC基因的高产小麦幼苗与普通小麦幼苗分别放置在相同的密闭小室中， 在充足光照条件下，检测小室中的CO2浓度随时间的变化 情况，结果如图所示。下列有关叙述不正确的是(　　) A．曲线Ⅰ表示的是普通小麦CO2浓度随时间的变化 B．30～40 min，两种小麦的光合速率都与其各自的呼吸速率相等 C．若突然降低光照强度，则短时间内两种小麦叶肉细胞中C3的含量下降 D．将两种小麦幼苗放在同一小室中重复实验，一段时间后普通小麦先停止生长 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6 解析：结合题干可知，转玉米PEPC基因的高产 小麦固定CO2的速率更大，相同时间内，CO2浓度下降 更大，如图中的曲线Ⅱ，则曲线Ⅰ表示的是普通小麦 CO2浓度随时间的变化，A正确；30～40 min，两个容 器内的CO2浓度都不变，说明两种小麦的光合速率都与其各自的呼吸速率相等，B正确；若突然降低光照强度，光反应减弱，C3的还原减慢，但CO2的固定不变，则短时间内两种小麦叶肉细胞中C3的含量上升，C错误；由于转基因小麦能利用更低浓度的CO2，因此将两种小麦幼苗放在同一小室中重复实验，一段时间后普通小麦先停止生长，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 7 4．如图表示测定金鱼藻光合作用强度的密闭装置，氧气传感器可监测O2浓度的变化，下列叙述错误的是(　　) A．该实验装置可用于探究不同单色光对光合作用强度的影响 B．加入NaHCO3溶液的主要目的是吸收呼吸作用释放的CO2 C．拆去滤光片，单位时间内氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度 D．若将此装置放在黑暗处，可测定金鱼藻的呼吸作用强度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 8 解析：题图中的装置可以选用不同的滤光片，形成不同的单色光照射金鱼藻，所以该实验装置可以用于探究不同单色光对光合作用强度的影响，A正确；加入NaHCO3溶液的主要目的是给金鱼藻的光合作用提供CO2，B错误；去掉滤光片，单位时间内金鱼藻接受的光照强度增大，所以光合作用增强，产生的O2变多，C正确；将该装置置于黑暗环境中，植物只能进行呼吸作用，可以通过O2含量的变化来测定金鱼藻的呼吸作用强度，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 9 5．高一生物科研兴趣小组从校博雅湖的某一深度取得一桶水样，分装于六对密封黑白瓶中(白瓶为透明瓶，黑瓶为不透光瓶)，剩余的水样测得初始溶氧量为 10 mg/L。将六对密封黑白瓶分别置于六种不同的光照条件下(由a→e逐渐加强)，其他条件相同，24小时后，实测获得六对黑白瓶中溶氧量，记录数据如下。下列分析错误的是(　　) A.瓶中所有生物正常生活所需耗氧量在24 h内为7 mg/L B．光照强度为d、e时，黑瓶中溶氧量应为3 mg/L C．光照强度为c时，在24 h内白瓶中植物产生的氧气量为27 mg/L D．光照强度为d时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加 光照强度(klx) 0(黑暗) a b c d e 白瓶溶氧量(mg/L) 3 10 16 24 30 30 黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 E E 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10 解析：据题意分析可知，24 h氧气的消耗量是10－3＝7(mg/L)，即瓶中所有生物正常生活所需耗氧量在24 h内为7 mg/L，A正确；由光照强度0、a、b、c时测得数据可知，光照强度变化，消耗的氧气不变，因此光照强度为d、e时，黑瓶中溶氧量应为3 mg/L，B正确；光照强度为c时，24 h氧气的增加量是24－10＝14(mg/L)，呼吸消耗量是7 mg/L，因此在24 h内白瓶中植物产生的氧气量为14＋7＝21(mg/L)，C错误；由表格数据可知，由d光照强度增加到e光照强度，瓶中溶氧量不变，说明光照强度不再是光合作用强度的限制因素，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加，D正确。 光照强度(klx) 0(黑暗) a b c d e 白瓶溶氧量(mg/L) 3 10 16 24 30 30 黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 E E 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11 6．(多选)(2024·福建二模)某植物为适应热带干旱地区的环境，形成了独特的CO2利用模式，即白天气孔开放程度小，夜晚开放程度大，如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．据图推测过程①②③发生在不同细胞中 B．该植物白天CO2吸收速率大于O2释放速率 C．该植物在夜间无法通过卡尔文循环积累产物 D．该模式有利于植物白天减弱蒸腾作用而保水 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：据图推测过程①②③发生在同一细胞中，A错误；白天气孔开放程度小，CO2吸收速率小于O2释放速率，B错误；由于黑暗中没有光反应提供的ATP和NADPH，该植物在夜间无法通过卡尔文循环积累产物，C正确；采用苹果酸代谢途径，该类植物白天气孔开放程度小，可减少水分的流失，防止该类植物在白天过度蒸腾作用，大量散失水分，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 7．(多选)(2024·仙桃高三检测)某生物兴趣小组以密闭温室中的玉米为实验材料，研究不同条件下的光合速率和呼吸速率，绘制了甲、乙两图。据图分析下列叙述正确的是(　　) A．两图中a点对应的光合速率均等于呼吸速率 B．图甲中的c点对应的温度是玉米生长的最适温度 C．图乙一天当中，b点时有机物积累量最多 D．图乙条件下，经过一昼夜玉米体内有机物会增多 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 14 解析：题图甲中，两曲线的交点a对应的净光合速率与呼吸速率相等，题图乙中a、b两点对应的光合速率均等于呼吸速率，A错误；由题图甲可知，c点净光合速率最大，有机物积累最多，故题图甲中的c点对应的温度是玉米生长的最适温度，B正确；b点时，光合作用等于呼吸作用，b点后，光合作用小于呼吸作用，有机物减少，所以b点时有机物积累量最多，C正确；由题图乙可知，一昼夜密闭温室中的CO2含量减少，所以一昼夜后玉米体内有机物的含量增多，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 15 8.某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。 将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适 当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6 h后， 在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析并回答下列问题： (1)MA表示叶片初始质量－6 h的呼吸作用有机物的消耗量；MB表示_____________＋____________________________－6 h的呼吸作用有机物的消耗量。 (2)若M＝MB－MA，则M表示____________________________________________。 (3)真正光合速率的计算方法是__________________________________________。 叶片初始质量 6 h的光合作用有机物的总产量 B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量 M除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 16 解析：叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可正常进行呼吸作用。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB表示叶片初始质量＋6 h的光合作用有机物的总产量－6 h的呼吸作用有机物的消耗量，MA表示叶片初始质量－6 h的呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6 h内有机物的总产量(B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算真正的光合速率，即M除以时间再除以面积。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 17 9．(2022·江苏，20)图1所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①～⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化则产生乙醇酸(C2)，C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 18 (1)图1中，类囊体膜直接参与的代谢途径有_______(从①～⑦中选填)，在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是_____________ ___________。 (2)在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的__________在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。 ①⑥ 叶绿素(叶绿素a和叶绿素b) 过氧化氢 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 19 (3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化，获得曲线a、b(图2)。 ①曲线a，0～t1时段(没有光照，只进行呼吸作用)释放的CO2源于细胞呼吸；t1～t2时段，CO2的释放速度有所增加，此阶段的CO2源于__________________。 ②曲线b，当时间到达t2后，室内CO2浓度不再改变，其原因是_______________________ __________。 光呼吸和细胞呼吸 光合作用强度等于呼吸作用强度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 20 (4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图3代谢途径，通过__________________________________降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的________价值。 将乙醇酸转化为苹果酸增加CO2浓度 直接 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 21 解析：(1)类囊体薄膜上发生的反应有水的光解以及ATP、NADPH的形成，即①⑥。叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。在红光照射下，参与这些反应的主要色素是叶绿素a和叶绿素b。 (2)过氧化氢酶能将过氧化氢分解为O2和H2O，故在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 22 10．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补偿点通常是指光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。据图回答下列问题。 (1)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)。 部分用于自身呼吸作用消耗 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 23 (2)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____________ _______________________________________________ _______________________________________________。 (3)C4植物固定CO2最初产物是四碳化合物，所以称这种途径为C4途径。C4植物可以在外界CO2浓度很低时固定CO2，不断运输到维管束鞘细胞中，使CO2增加，从而使卡尔文循环得以进行。据此推测PEP羧化酶固定CO2的能力比RuBP羧化酶_____。C4途径是一个_______________的途径，是植物适应热带环境的主要途径。 干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收减少，由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2 强 固定低浓度CO2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 24 (4)CAM植物(例如仙人掌)多分布在干旱环境中，晚上气孔开放从外界吸收CO2，并储存在液泡中。白天气孔关闭或气孔开度小，储存在液泡中的CO2释放出来，合成有机物。C4植物和CAM植物只是在C3途径前增加了C4途径，由于 C4途径可以利用低浓度CO2，因此______途径是后来逐渐进化而来的。C4植物和CAM植物都要进行C4途径和C3途径，C4植物是在________________________分别进行C3途径和C4途径，而CAM植物是在____________分别进行C3途径和C4途径。 C4 维管束鞘细胞、叶肉细胞 白天、晚上 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 25 解析：(3)C4植物可以在外界CO2浓度很低时固定CO2，此过程需要PEP羧化酶参与，RuBP羧化酶是催化CO2和C5结合的酶，即参与C3途径的酶，在C4植物中，PEP羧化酶固定CO2的能力比RuBP羧化酶强。由题干“C4植物可以在外界CO2浓度很低时固定CO2”可知，C4途径是一个固定低浓度CO2的途径。 (4)C4植物和CAM植物只是在C3途径前增加了C4途径，说明C4途径是植物适应低浓度CO2环境而逐渐进化来的。由题图可知，C4植物利用PEP羧化酶进行C4途径是在叶肉细胞中进行的，利用RuBP羧化酶催化CO2和C5结合，即C3途径是在维管束鞘细胞中进行的；CAM植物利用PEP羧化酶进行C4途径是在晚上进行的，利用RuBP羧化酶催化CO2和C5结合，即C3途径是在白天进行的。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 26 11．(2024·黑吉辽，21)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 图1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 27 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 (1)反应①是____________过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是_____________和____________。 CO2的固定 细胞质基质 线粒体基质 图1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 28 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自________和____________(填生理过程)。7～10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是____________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________。据图3中的数据_______(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是___________________________________ _____________________________________________。 光呼吸 呼吸作用 7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，与O2反应的C5减少，更多的C5参与CO2的固定，故吸收的CO2增多，与WT相比，株系1和2的净光合速率较高 不能 总光合速率等于净光合速率＋呼吸速率，呼吸速率未知，所以无法计算株系1的总光合速率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 29 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是______________________________________________________。 与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 30 　　　　　　　　　　　　　 R 在叶绿体中：C5＋CO2eq \o(――→,\s\up15(酶R))2C3 　① C5＋O2eq \o(――→,\s\up15(酶R))C3＋C2 　　　　　　　　　　　　　② 在线粒体中：2C2＋NAD＋eq \o(――→,\s\up15(酶))C3＋CO2＋NADH＋H＋ ③ 注：C2表示不同种类的二碳化合物，C3也类似。 在叶绿体中：C5＋CO2eq \o(――→,\s\up15(酶R))2C3 　① C5＋O2eq \o(――→,\s\up15(酶R))C3＋C2 　　　　　　　　　　　　　② 在线粒体中：2C2＋NAD＋eq \o(――→,\s\up15(酶))C3＋CO2＋NADH＋H＋ ③ 注：C2表示不同种类的二碳化合物，C3也类似。 $$