专题2 重难点5 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型(课件PPT)-【精讲精练】2026年高考生物二轮专题辅导与训练（B版）

专题二　细胞的代谢 第一部分　专题强化突破 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 重难点5　C4植物、景天科植物、 光呼吸等特殊代谢类型 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 谢谢观看 返回目录 第一部分 专题二　细胞的代谢 高考总复习（二轮）生物学 1 1．(2022·全国甲卷)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)。 (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__________ ________________________。 解析　(1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体膜上，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、NADPH和ATP。 (2)叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。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)C4植物的CO2固定途径有C4和C3途径，其主要的CO2固定酶是PEPC，Rubisco；而C3植物只有C3途径，其主要的CO2固定酶是Rubisco。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，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。 答案　(1)O2、NADPH和ATP 　 (2)自身呼吸消耗或建造植物体结构 (3)C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2 2．(2025·陕晋宁青卷)叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图(b)。回答下列问题。 (1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的______，产物C3在光反应生成的____________参与下合成糖类等有机物。 (2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图(a)(b)可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是____________________________________________________________________。 (3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率________(填“增大”或“减小”)；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度________(填“大”“小”或“无法判断”)。 (4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果：__________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析　(1)叶绿体中R酶催化CO2固定，二氧化碳固定属于暗反应过程，暗反应发生在叶绿体基质中。产物C3在光反应生成的ATP和NADPH的作用下合成糖类等有机物，其中ATP可以提供能量，NADPH作为还原剂并提供能量。 (2)结合图示和题干信息分析，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收量增加，净光合速率增大。 (3)叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点，保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，二氧化碳竞争R酶的能力减弱，碳反应速率减小，因此植株S的净光合速率减小。相较于植株W，植株S在相同条件下气孔开度相对较大，有利于二氧化碳的吸收，因此植株S的净光合速率变化幅度较小。 (4)为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，还需要补充的一个实验组是构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株(假设为T)，实验思路是以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。根据上述分析，G酶有利于光合作用的进行，因此预期结果是植株T净光合速率小于植株W，植株S净光合速率大于植株W。 答案　(1)基质　ATP、NADPH (2)植株S保卫细胞中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收量增加，净光合速率增大 (3)减小　小 (4)实验思路：以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。 预期结果：植株T净光合速率小于植株W，植株S净光合速率大于植株W 1．C4植物 ①C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体，没有类囊体。所以C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上，而CO2固定发生在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质中。 ②用14C标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为CO2→C4→CO2→C3→ (CH2O)。 ③C4植物PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利用细胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不能。故在干旱环境中，C4植物比C3植物生长得好。 2．景天科植物(CAM植物) ①CAM植物夜间吸入CO2，淀粉经细胞呼吸第一阶段形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在PEP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(从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降)。 ②白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，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(从而表现为白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升)。 ③从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚，该类植物不能合成葡萄糖，原因是没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 ④如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变。 ⑤分析图中信息推测，CAM途径是对干旱环境的适应；该途径除了维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。 3．光呼吸 (1)出现的机制：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%。 (2)产生的影响：①光呼吸的不利影响：消耗掉暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。 ②光呼吸的有利影响：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，这些自由基会损伤叶绿体。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。 ③高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。 1．(多选)C4途径是除卡尔文循环(C途径)外的另一种独特的CO2固定途径，因固定CO2的初产物是四碳化合物而得名，其光合作用过程如图所示，研究表明，与C3植物细胞中的Rubisco(可催化CO2固定)相比，C4植物叶肉细胞中的PEP羧化酶具有非常高的CO2亲和力，可固定低浓度的CO2。下列说法正确的是(　　) A．若给C4植物提供14CO2，则植株体内14C的转移途径为14CO2→14C4→14C3 B．C3植物和C4植物的暗反应阶段所需要的NADPH和ATP均来自光反应阶段 C．不同植物固定CO2途径存在差异的根本原因是它们的遗传物质存在差异 D．在低CO2浓度环境下，C4植物的光合作用速率可能比C3植物高 解析　C4植株能进行C4途径和C3途径，若给C4植物提供14CO2，则C4植株 14C转移途径为14CO2→14C→14CO2→14C3→(14CH2O)，A错误；由光合作用的过程可知，C3植物与C4植物的暗反应阶段利用的NADPH和ATP都来自光反应阶段，B正确；不同植物固定CO2的途径存在差异，这是由于它们的遗传物质(DNA)存在差异。这些遗传差异导致了酶的种类和活性的不同，从而影响了植物对CO2的固定方式，C正确；由于C4植物叶肉细胞中的PEP羧化酶具有非常高的CO2亲和力，可固定低浓度的CO2，故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用，而C3植物则不能，因此低浓度CO2条件下，C4植物的光合作用速率可能比C3植物高，D正确。 答案　BCD 2．景天科植物八宝景天存在特殊的CO2固定方式，称为景天酸代谢途径(CAM)。八宝景天在夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2供暗反应利用，其部分代谢途径如图所示。回答下列问题： (1)绿色植物叶片中色素在滤纸上分离实验使用的试剂是______。光合作用时，叶绿体中能同时吸收红光和蓝紫光的色素是______，光反应的产物有______(答两点)和O2。 (2)白天八宝景天叶肉细胞进行光合作用所需要的CO2由______和______释放，苹果酸的含量和生成葡萄糖的含量可能呈______(填“正相关”或“负相关”)。 (3)农业生产中，在农作物(如水稻、小麦等)结实前农民会适当多施钾肥，促进光合作用产物由叶片运至果实。请以灌浆期(籽粒形成过程中，将通过光合作用产生的淀粉等有机物储存在籽粒中的阶段)的小麦为实验材料，用14CO2为原料补充实验思路，验证钾离子具有上述作用。实验思路：将生长状态一致的灌浆期小麦均分为两组：______。 解析　(1)分离光合色素的试剂是层析液，绿色植物叶片中色素在滤纸上分离实验使用的试剂是层析液；光合色素分为叶绿素和类胡萝卜素两大类，其中能同时吸收红光和蓝紫光的色素是叶绿素；光反应发生的场所是类囊体膜，光反应的产物是ATP、NADPH和O2。 (2)由题图可知，白天八宝景天叶肉细胞进行光合作用所需要的 CO2由苹果酸和线粒体释放；苹果酸产生的CO2参与卡尔文循环可以生成葡萄糖，葡萄糖形成中间产物，再变成PEP，PEP与CO2结合形成苹果酸，可见苹果酸的含量与生成葡萄糖的含量可能是负相关。 (3)实验目的是验证钾离子可以促进光合作用产物由叶片运至果实。以灌浆期(籽粒形成过程中，将通过光合作用产生的淀粉等有机物储存在籽粒中的阶段)的小麦为实验材料，用14CO2为原料设计实验思路为将生长状态一致的灌浆期小麦均分为两组：一组施用正常量钾肥，另一组施用适当多的钾肥，其他营养条件相同，两组均在供应14CO2环境中培养一段时间后，分别检测两组植株叶片和籽粒的放射性强度并进行比较。 答案　(1)层析液　叶绿素　NADPH、ATP (2)线粒体　苹果酸　负相关 (3)一组施用正常量钾肥，另一组施用适当多的钾肥，其他营养条件相同，两组均在供应14CO2环境中培养一段时间后，分别检测两组植株叶片和籽粒的放射性强度并进行比较 3．小麦是我国重要的粮食作物之一，开展小麦高产攻关是促进粮食高产优产、筑牢粮食安全根基的关键举措。为获得优质的小麦品种，科学家开展了多项研究。回答下列问题。 (1)小麦在光反应阶段，光能被叶绿体________(填场所名称)上的色素吸收后会将H2O分解为________等物质。科研人员将小麦置于透明且密闭的容器内，用Heq \o\al(18,2)O浇灌，并给予适宜强度的光照，结果在光合作用产生的有机物中检测到了18O，请写出该过程中氧元素的转移途径和参与的生理过程：________(用化合物和箭头表示，在箭头上写出生理过程) (2)为研究小麦对弱光和强光的适应性，科研人员对小麦叶片照光1 h后，通过观察发现呈椭球体的叶绿体在不同光照条件下会改变方向：在弱光下，叶绿体以其椭球体的正面朝向光源，在强光下，叶绿体以其椭球体的侧面朝向光源，生理意义是______。 (3)在强光条件下，叶肉细胞气孔关闭使CO2吸收受阻，此时过高的O2会在R酶的作用下氧化C5，生成CO2，被称为光呼吸，光呼吸与光合作用相伴发生，其过程如图所示： ①据图分析，请写出光呼吸和有氧呼吸的相同点：______。 ②已知R酶具有双重催化功能，既可催化CO2与C5结合，生成C3；又能催化O2与C5结合，生成C3和乙醇酸(C2)。实际生产中，可以通过适当升高CO2浓度达到增产的目的，请从光合作用原理和R酶的作用特点两个方面解释其原理：________。 解析　(1)光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上，小麦在光反应阶段，光能被叶绿体类囊体薄膜(基粒)上的色素吸收。该阶段光合色素吸收的光能会将水分解为O2、H＋和e＋等物质。Heq \o\al(18,2)O浇灌小麦，其参与有氧呼吸第二阶段产生C18O2，C18O2参与暗反应即可生成含18O的有机物，其转移途径如下：Heq \o\al(18,2)Oeq \o(――→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(　))C18O2光合作用,(CHeq \o\al(18,2)O)。 (2)在弱光下，叶绿体以其椭球体的正面朝向光源，在强光下，叶绿体以其椭球体的侧面朝向光源，保证叶绿体在弱光下能接受较多的光照，在强光下能避免叶绿体被灼伤，从而保证光合作用的正常进行。 (3)①结合有氧呼吸的过程，由图可知，光呼吸和有氧呼吸都是利用O2，分解有机物，释放CO2。 ②二氧化碳是光合作用暗反应过程的原料，CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度；同时还可促进R酶催化更多的C5与CO2结合，减少C5与O2的结合，从而降低光呼吸，故生产实际中，可以通过适当升高CO2浓度达到增产的目的。 答案　(1)类囊体薄膜(基粒)　 O2、H＋和e＋　Heq \o\al(18,2)O有氧呼吸,C18O2光合作用,(CHeq \o\al(18,2)O) (2)这使得叶绿体在弱光下能接受较多的光照，在强光下能避免叶绿体被灼伤 (3)①都是利用O2，分解有机物，释放CO2　②二氧化碳是光合作用暗反应过程的原料，CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度：同时还可促进R酶催化更多的C5与CO2结合，减少C5与O2的结合，从而降低光呼吸 $