专题二 争分突破2 光呼吸、C4植物、CAM植物-【创新大课堂】2026年高考二轮生物专题复习

高三 二轮专题复习·生物学 争分突破 2 光呼吸、C4植物、CAM植物 巴核心知识提炼 ②在干旱和高辐射等环境中，气孔关闭，胞间 77 CO2浓度降低，会导致光抑制。此时光呼吸释放 1.C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2方式的 CO2,用于光合作用，减少碳损失：消耗高光强产 比较 生过多的NADPH和ATP,保护光合结构。 大气中C0, (6)二氧化碳的猝发：指在光照突然停止之后释 ⑨C☑晚上 白天 放出大量的二氧化碳的现象。是光合作用停止 C 淀粉（液泡 而光呼吸还在进行造成的。 叶肉细胞 定韧液泡白天 (7)光呼吸与细胞呼吸的区别 C. © 反应条件不同：光呼吸的强度大致和光强度成正 向 回 白天 CO维管束 CO. CO 比。只有在光照下，CO2浓度降低，O2浓度增高 鞘细胞 卡尔文循环 卡尔文循环 卡尔文循环 时才进行。 产能情况不同：光呼吸虽然能使有机物分解为 CAM植物 C植物 C,植物 注：C,表示不同种类的三碳化合物，C,也类似。 CO2,却不产生ATP或NADPH。 (1)比较C,植物、CAM植物固定CO2的方式 【素养表达】 相同点：都对CO2进行了两次固定。 1.CAM植物的叶肉细胞，在夜晚 (填“是”或 不同点：C4植物两次固定CO2是空间上错开； “否”)进行暗反应生成有机物，原因是 CAM植物两次固定CO2是时间上错开。 (2)比较C3、C4、CAM途径 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途 2.CAM植物中CO2固定的途径和发生时间分别是 径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途 径合成有机物。 2.光呼吸 3.CAM植物夜晚细胞中的pH会下降的原因： (1)发生条件 ①干旱、炎热条件下，气孔关闭，阻止CO2进入叶 片和O2逸出叶片。 4. C4植物固定CO2的途径和发生的场所分别是 ②Rubisco具有两面性（或双功能）。 (2)过程 CO 0 (CH,O) 5.晴朗的夏季中午，水稻会出现“光合午休”现象， C 义羧化 加氧上 C ATP 此时光合作用速率明显减弱，而CO2生成量明显 (CH2O)、 卡尔文 NADPH ATP Rubisco 光呼吸 增加，其原因是 C3×2 NADPH 循环 g 2C, CC:x2 ATP NADPH RuBP(C)羧化加氧酶 高考真题演练 >》 (3)发生场所：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 (4)不利影响：光呼吸消耗掉暗反应的底物C5,导1，(2021·全国乙，29节选)生活在干旱地区的一些 致光合作用减弱，农作物产量降低。 植物（如植物甲）具有特殊的CO2固定方式。这 (5)有利影响 类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过 ①光呼吸是进行光合作用的细胞为适应高光照 生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡 及高O2低CO2的条件下，提高抗逆性而形成的 中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作 一条代谢途径； 用。回答下列问题： 精品教辅·智慧人生 20 第一部分专题二细胞代谢 (1)光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和： 用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7umol·L-1) 释放的CO2。 催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成 (2)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证 C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放 植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定 CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题： 方式（简要写出实验思路和预期结果）。 水稻 CO 叶肉细胞 光呼吸 02 2.(2022·全国甲，29节选)C4植物的CO2补偿点 Rubisco 叶绿体 比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2 -RuBP、/ 浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环 ADP 卡尔文 C 循环(3-磷酸甘油酸) 境CO2浓度。回答问题： -NADPH ATP C ATP 干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度 B-磷酸甘油醛NADP 干旱条件下，C植物比C3植物生长得好。从两 ADP+Pi 种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是 (CH,O) 玉米 CO 3.(2021·天津，15节选)Rubisco是光合作用过程 维管束鞘细胞 叶肉细胞 中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5 C -C4 PEPC 结合，形成C3和C2,导致光合效率下降。CO2 PEP 与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点，因 CO.C 此提高CO2浓度可以提高光合效率。蓝细菌具 PEP Cs- 有CO2浓缩机制，如图所示。回答问题： 卡尔文叶 AMP 循环 体 ATP 体 -C3 HCO C →HCO HCO HCO 细胞膜 能量 转运蛋白 Rubisco CO HCO 光合片 C0转运蛋白 羧化体 层膜 (1)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用 CO, 强度 (填“高于”或“低于”)水稻。从 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 光合作用机制及其调控分析，原因是 据图分析，CO2依次以 和 方式通 过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机 制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，从 (答出三点即可)。 而通过促进 和抑制 (2)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻， 提高光合效率。 水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢 4.(2023·湖南，17节选)如图是水稻和玉米的光合 不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强 作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶 度无明显变化。其原因可能是 对CO2的Km为450mol·L1(K越小，酶对底 物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO2 反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反 (答出三点即可)。 应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释：5.(2024·黑吉辽，21节选）在光下叶绿体中的C5 放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和： 能与CO2反应形成C3;当CO2/O2比值低时，Cs O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞： 也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体 紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光： 过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应 解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与： 完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体 ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利： 中主要物质变化如图1。 21 精品教辅·智慧人生 高三 二轮专题复习·生物学 在叶绿体中：C+C0,酶R2C 胁迫后葡萄叶片影响的部分结果。回答下列 ① 问题： C,+0,静RC,+C2 ② (1)图1中，乙和丙分别表示 ,①~⑤过 在线粒体中：2C,+NAD爵C,+CO,+NADH+H 程中，发生在生物膜上的有 (2)在提取葡萄叶片中的光合色素时通常需要加 注：C,表示不同种类的二碳化合物，C,也类似。 入的试剂有 (写出 图1 3种)。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能 图2中“？”处理组的处理应为 ,净光 量的过程。回答下列问题： 合速率的观察指标为 (写出1 (1)反应①是 过程 种即可)。据图2推测，O3可能通过 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼 、影响植物光合作用的光反应，进而影响植 吸产生NADH的场所是 物的净光合速率。 和 (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 *NADH 和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中 ADPH甲 5 -NADH 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)。 3 葡萄糖 7~10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生 图1 回空白对照组☐O处理组☑“？处理组 差异，原因是 18 16.03 16 据图3中的数据 (填“能”或“不能”)计 10 算出株系1的总光合速率，理由是 8 6 2 224531.78 35 2000 0 ☐ 039 30 株系 生 桃系2 1600 叶绿素a(mgg)叶绿素b(mgg)净光合速率molm2s) 图2 4.1010 WT 200 蓉 (3)植物的核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶 800 10 (Rubisco)在CO2浓度较高时能催化Cs与CO2 5 400 反应；当O2浓度较高时也能催化C5与O2反应， 8 10 12 14 16 18 反应产物经一系列变化后到线粒体中氧化分解 时刻 图2 成CO2,这种植物在光下吸收O2产生CO2的现 50 象称为光呼吸。研究人员测得的实验数据如 40 株系1 下表。 30 WT 株系2 光呼吸速 Je(PCR) Je(PCO) Rubisco 10 生成速率 生成速率 处理 活性/ 率/牡mol· 0 /umol· 200 U· m·s /4mol· -10 m m -2·s CO,浓度（μmol·molr' 空白 图3 160 5.5 360 120 对照组 巴高考模拟预测 >》 0 130 1.2 150 30 处理组 1.(2025·江苏盐城二模)图1表示葡萄叶肉细胞 内部分代谢过程，甲~丁表示物质，①~⑤表示 “7” 150 2.2 210 50 过程。图2为研究人员探究物质X对臭氧(O3) 处理组 精品教辅·智慧人生 22 第一部分 专题二细胞代谢 注：Je(PCR)是指用于暗反应（碳同化）的光合电： 叶肉细胞的叶绿体 维管束鞘细胞的叶绿体 子流速，Je(PCO)是指用于光呼吸的电子流速。 (有类囊体，没有Rubisco) (没有类囊体，有Rubisco) a.Rubisco可作用的底物有 CO C… .C CO 2C3 、NADPH b.实验结果表明，“？”处理组Je(PCR)和Je(PCO) PEP酶 /Rubisco 磷酸烯醇式 多种酶 显著升高，推测其作用机理可能是 丙酮酸 丙酮酸 (CH2O) ATP (PEP)ADP +Pi 图2 (4)为探究物质X对O3胁迫下葡萄叶片抗氧化 资料（三）菠萝是CAM植物，夜间吸进CO2,经 酶活性的影响，研究人员分别在处理后的第3 过一系列转化生成苹果酸储存在液泡中，细胞液 天、第6天、第9天，分别从上述三组植株上选取 pH下降。而白天气孔关闭，苹果酸间接参与卡 相同部位、相同数量的叶片，测定叶片中抗氧化 尔文循环，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进 酶SOD、POD、CAT的活性和叶片的净光合速 一步氧化释放CO2,又可进入C3途径。 率。若在相同处理时间下，“？”处理组叶片中 C0 CO:CO. 010 CO 气孔开放气孔关闭 H.O ,则说明物质X能够提高 ,; 草酰乙酸佑P度游PFP 叶绿体 O3胁迫下葡萄叶片的抗氧化酶活性，减轻O3对 NADH 淀粉 卡尔文 ±NAD 循环 叶片光合能力的抑制，缓解O3胁迫对葡萄叶片 苹果酸 果酸 叶绿体 的伤害。 ·苹果酸液泡 苹果酸 液泡 2.(2025·黑龙江哈尔滨二模)自然界中的绿色植 夜晚 白天 物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径 图3 (1)图1是小麦碳元素代谢途径的示意图。①② 不同可以分为C3、C4和CAM三种途径。根据 ③④代表的是物质，A、B、C、D代表的是生理过 以下资料回答问题： 程，A过程发生的场所是 ③代表的 资料（一）小麦是C3途径，如图1：也称卡尔文 物质是 :从有氧呼吸的角度分析， 循环，整个循环由RuBP(Cs)与CO2的羧化开始 NAD+在小麦细胞的 阶段被 到RuBP(C)再生结束，在叶绿体基质中进行，可 消耗 合成蔗糖、淀粉等多种有机物。 (2)分析图1和图2，在C3和C4植物细胞中，分 别与CO2相结合的物质是 和 C植物A 0 光能 (CH,O)-葡萄糖 丙耐酸→丙酸， (3)结合图2，在玉米叶肉细胞中CO2被整合到 CO为 NADH.H.O 乙酰轴酮A_ C4化合物后，最终在 4C0 (场所)生成 图1 有机物 资料（二）玉米是C4途径，如图2：叶肉细胞中 (4)结合图3，菠萝在夜晚吸收的CO2能否立即 的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被 用于C3途径？ (填“能”或“不能”)，可 整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束 能的原因是 鞘细胞，进而生成有机物。PEP羧化酶被形象地 称为“CO2系”，它提高了C4植物固定CO2的能 (5)植物的C3途径、C4途径、CAM途径都是植 力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用（特 物制造有机物的途径，但只有C3途径是植物的 别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且 碳同化的基本途径，依据以上三个材料，为什么？ 无光合午休现象。 23 精品教辅·智慧人生 高三二轮专题复习·生物学 3.(2025·宿迁高三模拟)起源于热带的玉米，除了： 中的R酶的双功能性，当CO2与O2浓度之比较 和其他C植物（如花生）一样具有卡尔文循环（简： 高时，R酶能够催化CO2与C5反应生成C3,反 称C途径)外，还存在另一条固定CO2的途径， 之，当CO2与O2浓度之比较低时，光呼吸水平增 固定CO2的初产物是四碳化合物(C4),简称C4 加，R酶就会更多地催化C5与O2反应生成乙醇 途径，玉米也被称为C4植物。图甲表示花生和玉 酸(C2),C2最后在相应细胞器中可转化成C和 米的光合作用部分途径示意图，研究发现C,植物 CO2。请完成以下问题： 中PEPC酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的 叶绿体 过氧化 线粒体 60倍；图乙表示夏季晴朗的白天，玉米和花生净 物酶体 1乙醇酸 光合速率（单位时间、单位叶面积吸收CO2的量） R酶 光 呼 吸 的变化曲线。请回答下列问题： C02 C C CO ↑卡尔文 ATP (CH,O) 循环 NADPH Co 叶肉 C (1)炎热干燥的天气导致植物出现光呼吸的原因 细胞 PEPC 是 CO 酶 C3+ 维管束 CO Rubisco 叶肉 鞘细胞 酶 细胞 CoRubisco (2)比较光呼吸与植物细胞有氧呼吸的不同点： 酶 -C 花生光合作用途径 玉米光合作用途径 甲 (描述三个方面)。 ↑净光合速率/(umol·m2·s) (3)研究发现，水稻等作物的光合产物有较大比 50 例要消耗在光呼吸底物上。那么，这些作物中光 ▲玉米 呼吸存在的意义是 -·花生 5.(2025·上海崇明区高三二模)不同物种独立演 10H 化出相同或相似的性状称为趋同进化。在大多 数植物的光合作用中，大气CO2直接被卡尔文循 18:30 环中的R酶固定。然而，R酶对CO2和O2都有 时刻 亲和性，当其结合O2而非CO2时就会发生光呼 乙 吸作用，导致能量消耗。陆生植物进化出了多种 (1)写出玉米光合作用中CO2中碳转化成有机物 碳浓缩机制避免光呼吸，除C3途径外，许多生活 (CH2O)中碳的转移途径 在炎热干燥环境中的植物会采用C4途径或 (用箭头和符号表示) CAM途径。两种机制都使用R酶并将CO2的捕 (2)图乙中花生净光合速率在11：00左右明显减 获和固定分开进行，提高碳固定的效率。结合题 弱的主要原因是 干信息分析，下列可作为光合作用趋同进化的证 据有 (多选)。 而此时玉米净光合速率仍然很高的原因是 A.从蓝细菌到开花植物捕获光能的装置都是叶 绿体 B.为避免光呼吸，陆生植物进化出多种碳浓缩 (3)玉米具有此特殊光合作用途径的意义是 机制 C.C4植物和CAM植物都利用R酶来固定CO2 D.C4植物和CAM植物都把CO2的捕获和固定 4.(2025·长沙高三三模)炎热干燥的天气往往会 分开 导致植物出现光呼吸现象，图示为植物叶肉细胞 发生的光呼吸过程简图，光呼吸发生的原因是图 温馨提示 完成作业专题强化练4 精品教辅·智慧人生 24错点：注意mL和L之间的单位换算) (3)类囊体膜是光合作用中光反应的场所，类 囊体薄膜上可发生水的光解，产生H十、释放 氧气、合成NADPH和ATP,其中H+、NAD PH、ATP可能对后续实验产生影响。 (4)在适宜光照下，类襄体膜上的光合色素 吸收光能以后，产生高能电子，驱动类囊体 膜上的质子系将人工细胞质中的H十运进 类襄体腔，人工细胞质中PH增大，荧光强 度变强，可说明类囊体膜具有转运H十的 功能 (5)在光反应研究的基础上，利用人工细胞 开展类似碳反应（即暗反应）生成糖类的实 验研究，理论上还需要提供暗反应所需的多 种酶以及C、C)2、ATP、NADPH等物质。 高考模拟预测 1.答案 (1)将简单的无机物C()2合成为复 杂的有机物，直接或间接地为人类或动物界 提供食物来源 (2)同位素标记法类囊体薄膜 (3)①AC②植物通过降低气孔的开放程 度，减少甲醛的吸收：同时FALDH的活性 提高，增强对甲醛的代谢能力，起到抗逆 作用 解析(1)据图分析可知，图示①过程为卡 尔文循环。在生态系统的物质循环过程中， 生产者通过卡尔文循环能够将简单的无机 物C),合成为复杂的有机物，直接或间接 地为人类或动物界提供食物来源。 (2)要探究甲醛的碳同化途径可使用同位素 标记法，图中甲醛是在叶绿体基质中被利用 生成C(),的，而产生NADPH的具体场所 是类囊体薄膜 (3)①A、1个单位甲醛浓度下，常春藤气芤 开放程度下降，可溶性糖的含量增加。 综合 上述信息分析，可能的原因是1个单位甲醛 浓度下，甲醛经过图1的②过程可以产生 C)2供给光合作用，A正确；B.气孔导度下 降，C()2可能供应不足，光合作用下降，可 能会导致光合产物减少，B错误：C.由图2 可知，1个单位甲醛浓度时FALDH的活性 增强，C正确：D.气孔导度下降，从外界吸 收的C()2减少，D错误，故选AC:②据图分 析可知，低浓度的甲醛胁迫下，植物一方面 通过降低气孔的开放程度来减少甲醛的吸 收：另一方面，在降低气孔开放程度的同时 提高FALDH的活性，增强对甲醛的代谢能 力，起到抗逆作用。 2.答案 (1)气孔 NADPH卡尔文循环 (2)叶片在适宜条件下光合作用速率大于呼 吸作用，释放氧气，氧气充满细胞间隙，叶片 上浮 (3)①通过渗透作用失水气孔开度变小，导 致二氧化碳供应不足③撕取菠菜叶（下表 皮)制作临时装片，分别用质量分数为 2.5%、3.5%的碳酸氢钠溶液处理，观察气 孔开度的变化情况 解析(1)绿叶需要通过气孔从外界吸收的 C)2,在叶绿体基质中与C结合形成C3,接 受能量后，被NADPH还原，最终转化为糖类 和C5。暗反应过程也称作卡尔文循环 (2)小圈叶片上浮的原因是叶片在适宜条件 下光合作用速率大于呼吸作用，释放氧气， 氧气充满细胞间隙，使叶片上浮。 (3)①较高质量分效的碳酸氢纳溶液中，保 卫细胞通过渗透作用失水气孔开度变小，导 致二氧化碳供应不足，致使光合作用减弱。 ②要验证该假设提出的光合作用减弱原因 是保卫细胞通过渗透作用失水气孔开度变 小，导致二氧化碳供应不足，研究思路：撕取 菠莱叶（下表皮）制作临时装片，分别用质量 分数为2.5%、3.5%的碳酸氢纳溶液处理， 观察气孔开度的变化情况。 3.答案(1)离体叶绿体的悬浮液同位素示 踪合成ATP (2)ATP和NADPH被NADPH还原 2 (3)60天、30天、30天上部的光照充足， 积累的糖类较多 (4)非搭棚处理的果树呼吸速率降低，消耗 的营养物质少，积累的有机物多 解析(1)1937年，英国植物学家希尔(R, H)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入 铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2(),没有 C)2)在光照下可以释放出氧气。后来鲁宾 和卡门用同位素示踪的方法研究了氧气来 源于H,()之后，阿尔农发现叶绿体可以合 成ATP,且这一过程总是伴随水的光解。 (2)在光合作用中，C)2与C结合产生C C3接受ATP和NADPH释放的能量，继而 被NADPH还原成三碳糖，一些接受能量 并被还原的C:,在酶的作用下经过一系列 的反应转化为糖类：另一些接受能量并被还 原的C3,经过一系列变化，又形成C5,雏持 光合作用持续进行。燕糖是二糖，由一分子 葡萄糖和一分子果糖构成，含有12个碳原 子，因此每运出一分子蔗糖相当于固定了 12个C),分子。 (3)据图2分析，果树上部、中部、下部的糖 心果率分别在60天、30天、30天时最高，对 果树上部、中部、下部进行采摘的最佳时间 分别是60天、30天、30天：上部糖心果率高 于其他部位，原因是上部的光照充足，积累 的糖类较多 (4)图3中10月13日之后，环境温度降低， 非搭棚处理的温度比搭棚处理的温度低，那 么非搭棚处理的果树呼吸速率降低，消耗的 营养物质少，积累的有机物多，因此果树非， 搭棚处理比搭棚处理的糖心果率高。 4.答案 (1)DNA、RNA、蛋白质、酶红光和 蓝紫光 (2)与其相同较大 (3)C组轮叶黑藻的光合速率较低，积累的 有机物少 (4)培养后，C组轮叶黑藻的生物量和光合 速率均高于A组的，说明在营养盐负荷高 时轮叶黑藻能正常生长 解析(1)DNA、RNA、蛋白质、酶等大分子 物质中均含有N元素，水体的氮被轮叶黑 藻吸收后，可用来合成DNA,RNA、蛋白 质，酶等大分子物质，光合色素主要吸收可 见光中的红光和蓝紫光。 (2)根据实验结果 可知，与营养盐负荷低条件相比，中度营养 盐负荷条件下轮叶黑藻的光饱和，点与其相 同，此时光合速率较大。(3)C组轮叶黑藻 的光合速率低于B组的，轮叶黑藻积累的 有机物少，因此C组轮叶黑藻的生物量比B， 组的少。(4)C组的条件为重富营养化， 培 养后轮叶黑藻的生物量和光合速率均高于 A组的，说明在营养盐负荷高时轮叶黑藻能 正常生长，因此水体盐负荷不是引起轮叶黑 藻在富营养化水体中死亡的危险因素。 5.(1)光反应中，水光解可以生成()2，而该人 T光合系统生成了()2，因此推测该人工.光 合系统的光合底物之一是H2()同位素 示踪 (2)绿色植物的光合作用对吸收的光具有选 择性，人工光合系统能利用各种波长的光 争分突破2 光呼吸、C,植物、 CAM植物 核心知识提炼 素养表达 1.否夜晚没有光，不能进行光反应，不能为！ 暗反应提供ATP和NADPH,只是对C), 进行暂时固定，不进行暗反应 2.CAM途径：夜晚：卡尔文循环：白天 3.夜晚细胞固定C()2,生成苹果酸储存在液 泡中 4,C途径：叶肉细胞的细胞质基质：卡尔文循 环：维管束鞘细胞的叶绿体基质 5,气孔关闭导致CO2浓度降低，而高光照下 (O2浓度升高，(O2在与CO2竞争Rubisco酶 中有优势，光呼吸增强 高考真题演练 1.答案(1)细胞呼吸(2)实验思路：植物甲 在干早的环境条件下（其他条件适宜）培养 一段时间，分别在白天和晚上测定植物甲液 泡内的pH,统计分析实验数据。预测结 果：晚上的pH明显小于白天。 解析(1)白天有光照，叶肉细胞能利用液： 泡中储存的苹果酸脱羧释放的C(),进行光 ·255· 合作用，也能利用光合作用产生的氧气和有 机物进行有氧呼吸，细胞呼吸（呼吸作用）产 生的二氧化碳也能用于光合作用暗反应，故 光合作用所需的C()2可来源于苹果酸脱羧 和细胞呼吸（或呼吸作用）释放的C)2。 (2)由题千可知，在千旱地区，植物甲晚上气 孔打开吸收C)2,吸收的C()2通过生成苹 果酸储存在液泡中，会使细胞液中H降 低。若以H作为检测指标，可设置实验 测定白天和晚上细胞液pH的大小即可，预 期的结果是晚上细胞液的pH小于白天 3 答案C,植物的C(O2补偿点低于C植物， C,植物能够利用较低浓度的C()2 解析 千旱导致气孔关闭，降低了C()2进 入叶片的速率。C1植物的C)2补偿点低于 C3植物，这意味着在相同低C)2浓度下， C1植物仍能雏持光合作用，而C植物的光 合作用则受到更大限制。因此，干旱条件 下，C1植物比C植物生长更好，因为它们 更有效地利用有限的C),资源。 3.答案 自由扩散主动运输C),固定 ()2与C5结合 解析据图分析，C(),进入细胞膜的方式为 自由扩散，进入光合片层膜时需要膜上的()， 转运蛋白协助并消耗能量，为主动运输过程。 蓝细菌通过C()2浓缩机制使羧化体中Rubisco 周围的C()浓度升高，从而通过促进C()2固 定进行光合作用，同时抑制()2与C结合 进而抑制光呼吸，最终提高光合效率 4.答案 (1)高于高光照条件下玉米可以将 光合产物及时转移：玉米的PEPC酶对C) 的亲和力比水稻的Rubisco酶更高：玉米能 通过PEPC酶生成C1,使维管束鞘细胞内 的C()2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼 攻 (2)酶的活性达到最大，对C),的利用 率不再提高：受到ATP以及NADPH等物 质含量的限制；原核生物和真核生物光合作 用机制有所不同 解析(1)在千旱、高光照强度环境下，水稻 减少蒸腾作用，关闭大部分气扎，导致C() 的吸收减少，光合作用减弱，而玉米由于以 下原因光合作用强度高于水稻：①玉米为C 植物，其PEPC酶提高了固定C)2的能力 (PEP℃酶对C)2的亲和力比水稻Rubisco酶 更高)，在C)2的吸收减少时，还可以为暗反 应提供足够的C()2:②水稻中的Rubisco酶 在C)2吸收减少时，催化RuBP与()2反应 进行光呼吸，从而使水稻暗反应固定的C() 减少，而玉米的光呼吸较弱甚至没有：③玉米 力C,植物，其光合产物可以通过雏管束鞘细 胞及时转移，从而提高光合速率。 (2)水稻细胞叶绿体中C()2浓度大幅度提 升，在光饱和条件下，光合作用强度无明显变 化的原因可能有：①光合色素含量的限制：② 与光合作用有关的酶含量和酶活性的限制： ③光合产物ATP和NADPH含量的限制 ④原核生物和真核生物的光合作用机制有 所不同 答案 (1)C0)2的固定 (2)细胞质基质 线粒体基质 (3)光呼吸 细胞呼吸 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，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 合速率一净光合速率十呼吸速率，呼吸速率 是光照强度为0时的CO2释放速率，图3 横坐标为C()2浓度，无法得出呼吸速率 解析 (1)在光合作用的暗反应过程中 C)2在特定酶的作用下，与C5结合形成两 个C,这个过程称作C(O2的固定，故反应① 是C),的固定过程。 (2)有氧呼吸的第 三阶段的场所依次 是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜 有氧呼吸第 一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸 和NADH,合成少量ATP:第二阶段是丙 酮酸和水反应生成二氧化碳和NADH,合 成少量ATP,因此以葡萄糖为反应物的有 氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质、 线粒体基质。 (3)由图1可知，在线粒体中进行光呼吸的！ 过程中，也会产生二氧化碳，因此植物光合 作用C)2的来源除了有外界环境外，还可 来自光呼吸、呼吸作用。710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，导致光呼吸增长较慢， 从而使其净光合速率增长较快，因此与WT 相比，株系1和2的净光合速率较高。总光 合速率三净光合速率十呼吸速率十光呼吸 速率，由图3敦据无法得出呼吸速率和光呼 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 高考模拟预测 1.答案 (1)丙酮酸、C(),①⑤ (2)无水乙醇、二氧化硅、碳酸钙物质X十 (03 单位叶面积吸收C()2的量（或单位时 间单位叶面积释放()2的量)影响叶绿素 的合成 (3)C5、C()2、)2物质X能缓解()对 Rubisco活性的抑制，使更多的C5参与暗 反应(Je(PCR)升高)，同时减少C:与(O,的 反应 (4)S)D、P()D、CAT的活性应高于)，处理 组叶片的净光合速率应高于(O3处理组 解析 (1)在有氧呼吸的第一阶段，葡萄糖 分解产生丙酮酸和NADH,即物质乙为丙 酮酸：据图可知，①是光合作用的光反应阶 段，②是有氧呼吸的第二阶段，丙为C()2, ③是光合作用的暗反应阶段，④是有氧呼吸 的第一阶段，⑤是有氧呼吸的第三阶段， ①~一⑤过程中，发生在生物膜上的有①（叶 绿体类囊体薄膜上)、⑤（线粒体内膜上）。 (2)提取光合色素时，加入二氧化硅(S()2)的 目的是使研磨更充分：加入碳酸钙(C(C()3) 的目的是防止研磨中色素被破坏：加入无水 乙醇（或丙酮）的目的是溶解色素。所以通 常需要加入的试剂有无水乙醇、二氧化硅、！ 碳酸钙。 图2中研究的是物质X对臭氧()3)胁迫后 葡萄叶片的影响，已有空白对照组和()3处 理组，所以“？”处理组的处理应为物质X十 (O3。净光合速率的观察指标可以为单位时 间单位叶面积吸收)，的量（或单位时间 单位叶面积释放()2的量)。 据图2推测，()处理组与对照组相比，叶绿 素a和叶绿素b的含量下降，所以，()3可能 通过影响叶绿素的合成，影响植物光合作用 的光反应，进而影响植物的净光合速率。 (3)a.由题千“植物的核酮糖-1,5-二磷酸羧 化/加氧酶(Rubisco)在C()2浓度较高时能 催化C5与C()2反应：当()2浓度较高时也 能催化Cs与()2反应”可知，Rubisco可作 用的底物有C5、C()2、()2。b.“?”处理组是 物质X十(O,其Je(PCR)和Je(PC)显著升 高，结合前面信息推测其作用机理可能是物 质X能缓解()3对Rubisco活性的抑制，使 更多的Cs参与暗反应(Je(PCR)升高)，同 时减少C5与()2的反应（相对(）？处理组， Je(PC())升高幅度相对小，整体表现为 Je(PCR)和Je(PC)显著升高)。 (4)抗氧化酶包括S)D、P)D、CAT,若物质 X能够提高()胁迫下葡萄叶片的抗氧化 酶活性，减轻()3对叶片光合能力的抑制， 缓解()3胁迫对葡萄叶片的伤害，那么在相 同处理时间下，“？”处理组叶片中S()D、 P(OD、CAT的活性应高于(O3处理组，且叶 片的净光合速率应高于()3处理组。 2.答案(1)类囊体薄膜ADP和Pi有氧 呼吸第一、二阶段 (2)CsCs、PEP (3)在维管束鞘细胞的叶绿体基质或维管束 鞘细胞叶绿体 (4)不能没有光照，光反应不能正常进行， 无法为暗反应提供足够ATP和NADPH (5)C4途径和CAM途径都只起固定C()2 的作用，最终还是通过C3途径合成有机物 解析(1)A过程为光反应，根据资料（一） 及光合作用知识，光反应发生在叶绿体的类 囊体薄膜上。在光合作用暗反应中，ATP 水解为ADP和Pi并释放能量用于C3的还 原，所以③代表ADP和Pi。从有氧呼吸角 度，NAD十在有氧呼吸第一、二阶段接受氢 形成NADH,所以NAD十在有氧呼吸第一 二阶段被消耗。 (2)依据资料（一）和（二），C3植物（如小麦） 中，C()与RuBP(C5)结合：C1桩物（如五 米)中，C()2与磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)结 合形成C1,C1在雏管束鞘细胞分解形成 C()2参与卡尔文循环。 (3)由资料（二）可知，玉米是C1途径植物， 叶肉细胞中C)2被整合到C1化合物后，进 入雏管束鞘细胞，在雏管束鞘细胞的叶绿体 基质中，利用相关酶和光反应产生的ATP NADPH等，通过卡尔文循环生成有机物。 (4)菠萝在夜晚吸收的C()2不能立即用于 C3途径。原因是C3途径（卡尔文循环）需 要光反应提供ATP和NADPH,夜晚没有 光照，光反应不能正常进行，无法为暗反应 提供足够的ATP和NADPH,所以C)2不 能立即用于C3途径。 (5)结合资料可知，C1途径和CAM途径都 只是在固定C)2方面有特殊机制，但最终 合成有机物都还是通过C,途径（卡尔文循 环)来完成，所以C:途径是植物碳同化的基 本途径。 3.答案(1)C()2→C1C()2→C3→有机物 (2)植物蒸腾作用加强，叶片部分气孔关闭， 吸收C)2减少，导致光合作用降低玉米中 的PEPC酶与C()2的亲和力高，对C),的利 用率高，可以利用低浓度C)2进行光合作 用，叶片部分气孔关闭对其光合作用无影响 (3)适应高温、强光照、干早环境，既能保 持体内水分，又能进行高效的光合作用 解析(1)叶肉细胞中PEPC酶对C()2的 亲和力是Rubisc0酶的60倍，叶肉细胞中 将低浓度的C(),固定生成C1,C1被运输到 雏管束鞘细胞中，释放出C()2,C)2被C5 固定形成C3,C还原形成有机物。 (2)由曲线图可知：在11：00时，花生桩物细 胞蒸腾作用加强，叶片部分气孔关闭，吸收 C)2减少，导致光合作用降低。玉米中的 PEP℃酶与C)2的亲和力高，对C)2的利 用率高，当叶片部分气孔关闭时，可以利用 低浓度C)2进行光合作用。 (3)五米特殊的光合作用途径，可以适应高 温、强光照、干旱环境，当气孔部分关闭时， 仍能进行高效率的光合作用。既能保持体 内水分，又能进行高效的光合作用。 4.答案(1)炎热干燥天气，蒸腾作用强导致 水分散失过快，植物为了避免水分散失，部 分气孔关闭，C(),吸收减少，光合作用产生 的(O2在叶片中堆积，使得C(O2与()2浓度之 比降低，光呼吸水平增加 (2)条件：光呼吸发生在光照条件下，有氧呼 吸在有光、无光条件下均能发生：场所：光呼 吸的发生需要叶绿体、过氧化物酶体和线粒 体的参与，有氧呼吸发生在细胞质基质和线 粒体中：能量角度：光呼吸消耗ATP,有氧 呼吸生成ATP:物质角度：光呼吸利用(O 和C生成乙醇酸和C3,有氧呼吸利用葡萄 糖和()，生成C()2和水(3)避免光反应过 程中积累的ATP和NADPH对叶绿体的 伤害，同时消除乙醇酸对细胞的毒害，回收 碳元素，减少碳的流失 解析(1)炎热千燥天气，蒸腾作用强导致 水分散失过快，植物为了避免水分散失，气 孔关闭，光合作用产生的O,在叶片中推 积，同时外界的C(),不能通过气孔进入细 胞间隙，在这种情况下，C()2与()2的比值 降低，光呼吸水平增加。 (2)光呼吸与有氧呼吸的比较如表所示： 比较项目 光呼吸 有氧呼吸 底物 乙醇酸 糖类等有机物 发生部位 叶绿体、过氧化细胞质基质 物酶体、线粒体 线粒体 256. 反应条件 光照 有光或无光都 可人 消耗能量（消耗 能量 ATP和NAD 产生能量 PH) 共同点 消耗氧气、放出二氧化碳 (3)光呼吸的主要生理意义如下：①防止强 光对叶绿体的破坏，强光时，由于光反应速 率大于暗反应速率，叶肉细胞中会积累 ATP和NADPH,这些物质的积累会产生自 由基从而损伤叶绿体，而强光下，光呼吸作用 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：②消除 乙醇酸对细胞的毒害，乙醇酸(C,)对细胞 有毒害作用，而光呼吸能利用乙醇酸从而消 除其毒害作用；③回收碳元素，C2可转化为 C3和C()2,C3通过光呼吸过程又返回到卡 尔文循环中，不至于全部流失掉，即通过光 呼吸回收了一部分碳元素。 5.答案BCD 解析蓝细随是原核生物，光合作用在其光 合片层上进行，没有叶绿体，A错误；为避免 光呼吸，陆生植物进化出多种碳浓缩机制， 都是促进光合作用的进行，B正确：C植物 和CAM植物都利用R酶来固定C)2,是趋 同的证据之一，C正确：C桩物和CAM植 物都把C()2的捕获和固定分开，前者在空 间上分开，后者在时间上分开，是趋同的证 据之一，D正确。 争分突破3光合速率的影 响因素 核心知识提炼 素养表达 1,白身呼吸消耗或建造植物体结构 2.增加培养液中的溶氧量，促进根部细胞进行 呼吸作用根细胞通过呼吸作用产生的二 氧化碳溶于水形成碳酸，导致营养液pH下 降；植物根系吸收了营养液中的营养元素， 导致营养液成分发生改变 3.合理密植有利于增加光合作用面积或提高 光能利用率：减少农作物对C()2等的竞争 或有利于通风：减少农作物对无机盐和水分 的竞争：防止叶片相互遮挡从而减少有机物 的消耗等 4.五碳化合物供应不足、C(),供应不足强光 照射后短时间内，光反应速率增强，水光解 产生氧气的速率增强 高考真题演练 1.答案(1)基质ATP和NADPH (2)植株S保卫细胞中G酶表达量提高，使 更多甘氨酸转化为丝氨酸和C)2,从而使保 卫细胞细胞质中HC()和可溶性糖等溶质 增加，渗透压增大，细胞吸水，气孔开度增 大，C()2吸收量增加，净光合速率增大 (3)减小小 (4)构建G酶表达量减少的植株（或敲除G 酶基因或用G酶抑制剂处理)，其他条件与 对照组（植株W)相同，培养一段时间后检 测两组叶片净光合速率：预期结果为实验组 净光合速率低于对照组 解析(1)光合作用暗反应的场所是叶绿体 基质，物质变化主要包括C)2的固定和C3的 还原，故R酶催化C)2固定的场所是叶绿体 基质，暗反应中C?转化成糖类的过程需要 光反应生成的ATP和NADPH的参与。 (2)由图(a)可知，植株S保卫细胞中G酶 表达量提高，可促进保卫细胞中HC()?和可 溶性糖等溶质含量增加，细胞渗透压增大， 保卫细胞吸水膨胀，气孔开度增大。由图 (b)可知，相同光照条件下，植株S的气孔开 度大于植株W,C()2供应充足，有利于光合 作用的进行，提高净光合速率。 (3)保持环境中C)2浓度不变，当(O2浓度从 21%升高到40%时，有利于R酶催化C与 ()2反应，不利于暗反应进行，植物光合作用 受到抑制，故植株S的净光合速率会减小 与植株W相比，植株S保卫细胞中G酶的