第3单元 8 微专题3 光呼吸及二氧化碳的特殊固定方式（教师用书Word）-【金版新学案】2026年高考生物高三总复习大一轮复习讲义（人教版 多选）

该高中生物学讲义聚焦光呼吸及CO₂特殊固定方式核心考点，以分子机制（O₂与CO₂竞争Rubisco酶）为基础，系统梳理C₄植物、景天科植物的CO₂浓缩策略，构建“机制—适应—应用”知识链。通过考点精析、对比归纳（C₃/C₄植物差异）、真题演练（2024吉林卷等）、分层练习，帮助学生突破光合作用难点，体现复习的系统性与针对性。 资料突出生命观念（结构与功能观：C₄植物叶片结构与CO₂固定效率）、科学思维（对比分析光合速率曲线）、探究实践（设计实验验证兼性CAM植物）的融合。如通过对比C₃/C₄植物CO₂饱和点曲线培养分析能力，设计液泡pH检测实验提升探究能力，配合基础选择与综合填空分层练习，确保高效复习，助力学生掌握应考策略，为教师把控节奏提供清晰指引。

微专题3　光呼吸及二氧化碳的特殊固定方式 1.光呼吸 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中，Rubisco酶能够以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酶，在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％。过程如图所示： 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。 光合作用暗反应过程中，CO2与RuBP在酶Rubisco的催化下生成3-磷酸甘油酸。O2与CO2竞争性结合RuBP，O2与RuBP反应后生成磷酸乙醇酸，最终释放CO2，该过程称为光呼吸。正在进行光合作用的绿色植物叶片在光照停止后，CO2释放量突然增加，称为“二氧化碳的猝发”。下列说法正确的是(　　) A.光照过强气孔关闭，若植物呼吸强度不变，则CO2的产生量减少 B.光呼吸会消耗有机物，对植物生长不利，应该抑制 C.突然停止光照，磷酸乙醇酸的生成量增加 D.O2与RuBP反应的过程必须在光下进行 答案：D 解析：光照过强导致气孔关闭，O2与RuBP反应后释放CO2，若此时植物呼吸强度不变，则CO2的产生量增多，A错误；光合作用中光反应的产物是ATP、NADPH和O2，因此光呼吸可以消耗强光下的产物ATP、NADPH和O2，又可防止强光下气孔关闭导致二氧化碳的吸收减少，避免了细胞间隙CO2浓度过度降低的现象，这在一定程度上起到保护光合色素免受强光破坏的作用，对植物生长有利，B错误；根据题干信息可知，正在进行光合作用的绿色植物叶片在光照停止后，CO2释放量突然增加，O2结合RuBP的几率减小，因此磷酸乙醇酸的生成量减少，C错误；O2与RuBP反应发生在有光的条件下，D正确。 2.生物CO2固定的特殊机制 (1)C4植物 C4植物(如玉米)的叶片结构和光合作用过程 学生用书⬇第95页 C4途径中能固定CO2的PEP羧化酶对CO2有很高的亲和力，使叶肉细胞能有效地固定和浓缩CO2，供维管束鞘细胞中叶绿体内的C3途径利用。 根据光合作用中CO2固定方式的不同，植物可分为多种类型，其中C3和C4植物的光合速率随外界CO2浓度的变化如图所示(CO2饱和点是指植物光合速率开始达到最大值时的外界CO2浓度)。据图分析，下列说法错误的是(　　) A.在低CO2浓度下，C4植物光合速率更易受CO2浓度变化的影响 B.在C4植物CO2饱和点时，C4植物的光合速率要比C3植物的低 C.适当扩大C3植物的种植面积，可能更有利于实现碳中和的目标 D.在干旱条件下，气孔开度减小，C4植物生长效果要优于C3植物 答案：B 解析：分析题图可知，在低CO2浓度下，CO2浓度稍微提高，C4植物光合速率快速提高，C3植物在CO2浓度很低时不进行光合作用，故C4植物光合速率更易受CO2浓度变化的影响，A正确；根据图示，在C4植物CO2饱和点(外界CO2体积分数为300×10－6左右)时，C4植物的光合速率要比C3植物的高，B错误；C3植物的CO2饱和点更高，能利用更多的CO2，故适当扩大C3植物的种植面积，可能更有利于实现碳中和的目标，C正确；在干旱条件下，气孔开度减小，C4植物能利用更低浓度的CO2，生长效果要优于C3植物，D正确。 　(2)景天科植物 景天酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式，在夜间，大气中CO2从气孔进入，被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化，与PEP结合形成草酰乙酸(OAA)，再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸，贮存于液泡中。在白天，苹果酸从液泡中释放出来，经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸，CO2产生后用于卡尔文循环，作用机制如图所示(该机制也称CAM途径)。 景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式(见下图)，下列关于这类植物的叙述，错误的是(　　) A.在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内不变 B.景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关 C.给植物提供14C标记的14CO2，14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中 D.在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体 答案：D 解析：在夜晚，叶肉细胞只能通过细胞呼吸产生ATP，即产生ATP的细胞器是线粒体，D错误。 1.(2024·吉林卷)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2的值低时，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。 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　　　　　　　　　。 学生用书⬇第96页 (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 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)CO2的固定　(2)细胞质基质　线粒体基质　(3)细胞呼吸　光呼吸　7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程　不能　总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由图示不能得出株系1的呼吸速率，故不能计算出其总光合速率　(4)相同光照强度和CO2浓度下，株系1的净光合速率较高，积累有机物较多 解析：(1)反应①C5和CO2在酶R的作用下生成C3，是CO2的固定过程。 (2)有氧呼吸的第一阶段和第二阶段产生NADH，场所分别为细胞质基质和线粒体基质。 (3)由图1可知，光呼吸过程也可以产生CO2；结合教材知识可知，有氧呼吸第二阶段也可以产生CO2，故图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸和细胞呼吸。根据题中信息“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”推测，7～10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异是株系1和2与WT的光呼吸速率存在差异导致的，再结合题干信息“光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程”推测，7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，从而导致株系1和2的净光合速率增强。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，根据图3无法推出株系1的呼吸速率，故据图3中的数据不能计算出株系1的总光合速率。 (4)由图2和图3可以看出，在相同光照强度和CO2浓度下，与株系2相比，株系1的净光合速率较高，积累的有机物较多，产量可能更具优势。 2.(2024·陕西西安二模)有些植物光合作用时CO2被固定的最初产物是C3，这些植物称为C3植物；而有些生活在热带干旱地区的植物，其在夜间气孔开放时，CO2被转化成苹果酸储存在液泡中，在白天气孔关闭时，液泡中的苹果酸会释放出CO2，进而在叶绿体中完成卡尔文循环，这些植物称为CAM植物。请回答下列问题。 (1)在C3植物的　　　　　　　　中，CO2被C5固定成C3，C3再接受ATP和NADPH的能量被还原成糖类。 (2)如图是CAM植物在进行光合作用时固定CO2的方式，据图判断，苹果酸进入细胞质基质和液泡的物质运输方式分别为　　　　　　　　　　　　。CAM植物在白天光合作用所需CO2的来源有苹果酸脱羧和　　　　　　　　；在夜间气孔开放时，CAM植物可以合成[H]，原因是　　　　　　　　　　　　　　。 (3)植物甲是一种兼性CAM植物，当其在干旱的环境时，表现为气孔夜间开放、白天关闭的CAM类型，当其在水分充足的环境时，则转变为气孔白天开放、夜间关闭的C3类型。若以液泡pH的变化为检测指标，请设计实验验证植物甲是兼性CAM植物，简要写出实验思路和预期结果。 实验思路：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　； 预期结果：　　　　　　　　　　　 　　。 答案：(1)叶绿体基质　(2)协助扩散、主动运输　细胞呼吸　夜间植物细胞可以通过有氧呼吸的第一、二阶段合成[H]　(3)选取若干正常生长的植物甲，随机均分为A、B两组，将A组置于干旱环境下培养，B组置于水分充足环境下培养，其他条件相同且适宜，培养一段时间后，在夜晚和次日白天检测A、B两组植物液泡的pH　A组次日白天液泡pH明显大于夜间，B组次日白天液泡pH与夜间相差不大 解析：(1)在C3植物的叶绿体基质中，CO2被C5固定成C3，C3再接受ATP、NADPH的能量被还原成糖类。 (2)苹果酸从细胞质基质向液泡的运输是逆浓度梯度的，需要消耗ATP水解产生的能量且需要载体，该过程为主动运输，液泡中的苹果酸浓度大于白天气孔关闭时细胞质基质中的苹果酸浓度，白天苹果酸从液泡到细胞质基质的运输不消耗能量，其运输方式是协助扩散。CAM植物白天光合作用所需CO2的来源有苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2；无论白天还是夜间，植物细胞都可以通过有氧呼吸的第一、二阶段合成[H]。(3)该实验是验证植物甲是兼性CAM植物，兼性CAM植物是指当其在干旱的环境时，表现为气孔夜间开放、白天关闭的CAM类型，当其在水分充足的环境时，则转变为气孔白天开放、夜间关闭的C3类型，因此该实验的自变量是水分的多少，因变量是液泡中pH的变化，因此实验的思路是选取若干正常生长的植物甲，随机均分为A、B两组，将A组置于干旱的环境下培养，B组置于水分充足的环境下培养，保持其他条件相同且适宜，培养一段时间后，在夜晚和次日白天检测A、B两组植物液泡的pH；预期结果：由于产生苹果酸会导致液泡的pH下降，故A组在夜间时液泡的pH会下降，次日白天液泡的pH会升高，而在水分充足时，植物甲细胞中不会产生苹果酸，则夜间和次日白天液泡的pH相差不大。 学生用书⬇第97页 学科网（北京）股份有限公司 $