2026届高三一轮复习生物课件：细胞的能量供应和利用(5)—光合作用（拓展）

该高中生物学高考复习课件聚焦光合作用拓展核心考点，涵盖光呼吸机制、C3/C4/CAM植物光合差异及结构适应，对接高考评价体系中生命观念（结构与功能观、进化与适应观），分析近5年真题中“Rubisco酶特性”“CO2浓缩机制”等高频考点权重，归纳实验分析、机制阐释等常考题型，实用性强。 课件亮点在于真题实战与素养融合，如结合2021全国乙卷CAM植物实验题，用科学思维解析“pH检测验证CO2固定方式”设计，通过探究实践指导同位素示踪技术应用。设C3/C4结构对比表助学生掌握答题技巧，教师可精准突破考点，提升复习效率。

必修1 第5章 细胞的能量供应和利用（4） ——光合作用（拓展） 光呼吸 定义：进行光合作用的细胞在照光后引起的吸收O2、释放CO2的过程。 CO2和O2竞争性与Rubisco结合 ①当CO2浓度高时，Rubisco催化C5与CO2生成2分子C3，进行卡尔文循环； ②当O2浓度高时，Rubisco催化C5与O2形成1分子C3和1分子C2，其中C3进行卡尔文循环，C2进行光呼吸。 Rubisco的特性： 可以与O2结合，催化加氧反应 可以与CO2结合，催化羧化反应 CO2+C5 → 2C3 O2+C5 → C3 + C2 卡尔文循环 卡尔文循环 光呼吸 场所：与一般细胞呼吸不同 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 光呼吸 C5 C3 NADPH C2 物质变化： 光呼吸的危害： ①碳的同化：如果在较强光下，光呼吸加强，使得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。 ②能量：光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。 消耗O2、ATP和NADPH 产生CO2 光呼吸 强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此，叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。 光呼吸的意义：植物的自我防护机制 ①释放的CO2可在叶片气孔关闭或外界CO2浓度降低时，维持C3途径的运转 ②光呼吸过程中消耗了过剩的ATP和NADPH，减轻对叶绿体的破坏。 ③有氧条件下光呼吸损失了一部分有机碳，但C2循环可以回收碳回到C3循环，避免造成碳的过多损失 C4植物 C4途径：20世纪60年代人们发现，除了卡尔文循环以外，一些热带或亚热带起源的植物中还存在着另一个独特的CO2固定途径。该途径固定CO2的最初产物为草酰乙酸（四碳化合物），因而被称为C4途径。通过C4途径固定CO2的植物被称为C4植物，如甘蔗、玉米、高粱。C4植物具有一个典型的结构特征，即叶脉周围有一圈含叶绿体的薄壁维管束鞘细胞，其外面整齐环列叶肉细胞。 草酰乙酸 维管束鞘细胞 叶肉细胞 维管束鞘细胞 维管束鞘细胞 上表皮 叶肉细胞 维管束 叶肉细胞 叶绿体 下表皮 气孔 保卫细胞 叶肉细胞 C3植物的叶片中有叶绿素的细胞主要为叶肉细胞，维管束鞘细胞无叶绿体。叶肉细胞产生的光合产物经维管束运走。 C4植物的叶片中叶肉细胞和维管束鞘细胞均有叶绿体，叶肉细胞紧密着生于维管束鞘周围，且二者之间存在大量胞间连丝，有利于光合产物的转运，二者合作完成光合作用。 C4植物 维管束鞘细胞 叶肉细胞 细胞大小 叶绿体 排列 叶绿体 C3植物 小 不含 栅栏组织和海绵组织 有，光反应和暗反应 C4植物 大 含 紧密着生于维管束鞘周围 有，光反应 外界的CO2经气孔被叶片吸收后，在叶肉细胞中直接经Rubisco酶催化与C5结合生成C3。 C4植物 CO2 PEP酶 C4 丙酮酸 （C3） PEP （C3） CO2 Rubisco酶 ATP ADP 卡尔文 循环 （CH2O) 叶肉细胞 维管束鞘细胞 ②经PEP循环运进维管束鞘细胞的CO2在进行正常的卡尔文循环，完成CO2的固定与C3的还原。 ①C4植物的叶肉细胞中不进行卡尔文循环，而进行具有CO2富集作用的PEP循环，将CO2运输进维管束鞘细胞中； （PEP酶：具有很高的CO2亲和性；对低CO2环境的适应） C4植物 低浓度 高浓度 光反应 CO2的初固定 CO2的再固定 PEP再生 C4植物 C4途径的生理意义： C4植物 C4植物大多起源于热带或亚热带，对高温、强光与干旱的适应性更强，这是因为C4循环具有浓缩CO2和减少水分散失的特点。 ①叶肉细胞PEP酶对CO2的亲和力极高，即使植物气孔部分关闭，PEP酶仍能催化固定较低浓度的CO2，并且没有与O2的竞争反应，因此固定CO2的效率高。 ②C4转移至维管束鞘细胞并在此脱羧释放出CO2，显著提高了维管束鞘细胞中CO2的浓度，这是一种浓缩CO2的机制，促进了 Rubisco 催化的羧化反应，并且抑制了加氧反应，降低了光呼吸。 ③在维管束鞘细胞中形成的光合产物被及时运至维管束，避免了光合产物的积累可能导致的反馈抑制作用 C4植物 2．(2021·辽宁，22)早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约390 μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题： (1)真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成______________，进而被还原生成糖类，此过程发生在________________中。 (2)海水中的无机碳主要以CO2和HCO3(－)两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中HCO3(－)浓度最高的场所是________(填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”)，可为图示过程提供ATP的生理过程有_______________________________________________________________________________。 三碳化合物 叶绿体基质 叶绿体 细胞呼吸和光合作用 C4植物 (3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HCO3(－)转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度。 ①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力____________(填“高于”“低于”或“等于”)Rubisco。 ②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是_____________________________。 图中由Pyr转变为PEP的过程属于__________________(填“吸能反应”或“放能反应”)。 ③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用________________技术。 (4)通过转基因技术或蛋白质工程技术，可能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有___________。 A．改造植物的HCO3(－)转运蛋白基因，增强HCO3(－)的运输能力 B．改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成 C．改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力 D．将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物 高于 NADPH和ATP 吸能反应 同位素示踪 AC CAM植物 分布在季节性干旱水分不充足的环境中的景天科植物等，为了适应极端干旱的环境，其叶片结构和光合碳代谢机制上都表现出独有的特点。首先，叶片通常肉质化，表皮厚，面积／体积的值低，液泡大，气孔开放孔径小，频率低。在CO2同化机制方面，则表现为叶片气孔夜开昼合，叶肉细胞液泡在夜间大量积累苹果酸，酸度升高；白天苹果酸含量减少，酸度下降，淀粉、糖的含量增加。这种有机酸合成昼夜变化的光合碳代谢类型称为景天酸代谢（ CAM ）途径。正是这些结构和代谢机制上的特点，使得 CAM 植物在干旱条件下更具优势。还有一些重要经济植物也是这种代谢类型，如菠萝、龙舌兰、仙人掌和兰科等。 CAM植物 黑暗：气孔开放，允许H2O的散失和CO2的进入 生理过程：CO2的吸收和固定 储存在液泡中，液泡pH下降 CO2+磷酸烯醇式丙酮酸 PEP羧化酶 草酰乙酸 苹果酸 NAD+苹果酸脱氢酶 NAD+ NADH CAM植物 光照：气孔关闭，阻碍H2O的散失和CO2的进入 生理过程：储存的苹果酸脱羧和内部CO2再固定 液泡pH上升，细胞中淀粉、糖含量增加 酶 苹果酸 (液泡) 苹果酸 (细胞质) CO2 卡尔文循环 白天的CO2来源： 苹果酸脱羧 细胞呼吸释放 CAM植物 CAM途径的适应优势在于通过白天气孔关闭减少蒸腾作用所带来的水分损失。 CO2吸收与光合反应在时间上分离：CO2吸收和固定在夜间进行，以苹果酸形式储存在液泡中，相当于“CO2库”；白天进行脱羧和内部释放CO2再固定，气孔关闭，减少蒸腾作用的同时避免释放出的CO2经气孔向外扩散。 2021.全国乙.7．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。 （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） 细胞质基质、线粒体、叶绿体（类囊体薄膜） 细胞呼吸 蒸腾作用丢失大量水分 光合作用（暗反应） 实验思路：①取若干生理状态相同的植物甲，平均分为A、B两组并于夜晚测定其细胞液pH值。②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，其它条件保持相同且适宜。③一段时间后，分别测定A、B两组植物夜晚细胞液的pH值并记录。 预期结果：A组pH值小于B组，且B组pH值实验前后变化不大，说明植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。 CAM植物 2021.全国乙.7．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。 （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） 细胞质基质、线粒体、叶绿体（类囊体薄膜） 细胞呼吸 蒸腾作用丢失大量水分 光合作用（暗反应） 实验思路：①选取若干健康的植株甲在干旱的环境条件下培养，且其它环境条件适宜。②在相同时间点测定植株甲白天和晚上液泡内的pH值，在上述条件下，重复实验三次，记录实验结果。 预期结果：若植株甲白天液泡内的pH值高于夜间植株液泡内的pH值，说明植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。 CAM植物 $