微专题2 C3、C4和CAM植物的光合作用（核心整合+能力进阶）（复习讲义）2026年高考生物二轮复习讲练测

微专题02 C3、C4和CAM植物的光合作用 目录 01 析·考情精解 2 02 构·知能架构 3 03 串·核心通络 3 核心整合 C3、C4和CAM植物的光合作用 4 自查探针 5道真题选改判，“探”出薄弱点，“诊”明提分路！ 核心串讲 串讲1 电子传递链 串讲2 C3植物、C4植物和CAM植物 串讲3 光呼吸 能力进阶 能力1 光合磷酸化和氧化磷酸化 能力2 C3植物、C4植物、CAM植物的比较 04 破·题型攻坚 12 真题动向 引入科技前沿、农业生产实践等新情境、融合新概念反套路命题！ 命题预测 考向1 C4植物、CAM植物 考向2 光呼吸、光抑制与光保护 05 拓·素养提升 21 素养链接 情境拓展·科技前沿 高考预测 5道最新模拟，精准预测素养考向！ 命题轨迹透视 从近三年高考试题来看，C3、C4和CAM植物的光合作用属于高频拓展考点，考查题型以实验分析题、填空压轴题（核心题型）为主，覆盖基础知识、逻辑判断与实验应用等层面。 命题趋势：情境贴近科研与实际（如干旱农业、作物光合改造、低CO2环境适应）；知识点综合化（如将C4光合途径与酶的特性、气孔调节、能量流动结合）；聚焦细节与易错点（如C4的“空间分离”、CAM的“时间分离”、Rubisco酶的双重功能）。 核心素养导向：生命观念：强化结构与功能相适应、生物与环境相适应的观念，凸显三种光合途径对不同逆境的适应意义。科学思维：培养逻辑推理、归纳概括与批判性思维，如分析C4植物在低CO2环境下的光合优势。科学探究：落实实验设计、现象分析等能力，如通过实验探究CAM植物在不同水分条件下的光合节律变化。社会责任：关联农业增产、生态修复等生产实际，体现光合作用研究的应用价值。 高考命题风向 新情境：光合作用+光呼吸的前沿科研都用转基因植株（提高/降低酶表达）研究光合效率来提高作物产量挂钩。 新考法：跨模块综合：光合+呼吸+酶+基因工程；必看图：代谢图；曲线图，要会分析原因；实验设计：对照、单一变量、补充实验。 新角度：逻辑链：酶变化→代谢变化→气孔/ CO2变化→光合变化；正反推理：酶多→光合高；酶少→光合低；光合计算：总光合=净光合+呼吸速率。 考点频次总结 考点 2025年 2024年 2023年 C3、C4和CAM植物的光合作用 全国卷T12，6分 全国卷T18，10分 广东卷 T20，10分 黑吉辽卷 T21，10分 甘肃卷 T14，3分 湖南卷 T17，12分 福建卷 T11，3分 全国新课标卷 T7，6分 2026命题预测 预计在 2026 年高考中，C3、C4和CAM植物的光合作用命题将深度绑定农业增产与逆境适应场景，强化 “情境→知识→应用” 的逻辑链：农业应用情境：如干旱、高温、低 CO2浓度下的作物增产设计（如将C4光合途径转入C3作物以提升光合效率），考查 “结构功能统一性” 的核心逻辑。科研转化情境：如利用基因编辑技术改造CAM植物以适应荒漠种植，或通过人工调控光合途径提高作物水分利用效率，考查 “科研技术→产业应用” 的转化逻辑，凸显光合作用研究对农业、生态领域的支撑作用。命题侧重：将更侧重从真实科研情境中提取关键信息，调用C3、C4、CAM植物光合途径的时空分离特点，完成 “分析机制→推导方案→评价可行性” 的综合任务，既考查知识迁移能力，也体现学科的社会价值。 核心整合 C3、C4和CAM植物的光合作用 1.【2025 全国卷 T2C】CAM植物白天气孔开放，通过卡尔文循环固定CO2 （ ） 2.【2025 山东卷 T4A】C3植物的光呼吸发生在叶绿体和线粒体中，C4植物可完全避免光呼吸 3.【2025 山东卷T4B】CAM 植物的 CO2固定仅发生在夜间，光反应仅发生在白天 4.【2025 浙江卷6月选考T18B】干旱条件下，CAM植物的光合速率受水分限制比C3植物更显著 5.【2026 浙江卷1月选考T18C】CAM 植物的苹果酸在夜间分解产生 CO2，供卡尔文循环利用 【答案】1.× 2.× 3.× 4.× 5.× 【解析】1.CAM植物为适应干旱环境，白天气孔关闭，避免水分流失；夜间开放气孔固定CO2为苹果酸储存，白天再分解释放CO₂用于卡尔文循环。 2.C4植物只是大幅减少了光呼吸，并非完全避免，其维管束鞘细胞中仍会发生少量光呼吸。 3.CAM植物的CO2固定分为夜间（固定为苹果酸）和白天（苹果酸分解释放CO2用于卡尔文循环）两个阶段；光反应仅在白天进行。 4.CAM植物通过昼闭夜开的气孔机制减少水分流失，耐旱性更强，因此干旱条件下其光合速率受水分限制更小。 5.CAM植物的苹果酸是在白天分解并释放CO2，而非夜间，这样可以在气孔关闭时为暗反应提供原料。 串讲1 电子传递链 1.光合电子传递链 (1)类囊体膜上的色素分子能够捕获光能，将光能传递给位于反应中心的色素分子，该色素分子被激发，释放出一个高能电子。失去电子的色素分子从水分子中夺取电子，使水分解成H＋和O2，O2扩散进入大气。 (2)色素分子失去的电子被类囊体膜上的特殊蛋白质捕获，这些蛋白质利用电子携带的能量使H＋从叶绿体基质泵入类囊体腔，并最终把电子传递给了NADP＋，NADP＋获得电子后与H＋结合，生成NADPH。 (3)类囊体膜的磷脂双分子层对质子高度不通透，类囊体膜上镶嵌有ATP合酶，类囊体腔中的H＋顺浓度梯度经ATP合酶返回叶绿体基质，推动了ATP的生成。 小结　①电子的最初供体是水，最终受体是NADP＋，电子传递的最终产物是NADPH。 ②质子浓度(电化学)梯度的建立 a．PSⅡ在类囊体的囊腔侧进行水的光解产生H＋；b.质子泵将一些H＋逆浓度梯度从基质泵入类囊体腔；c.另一些H＋在基质中和NADP＋形成NADPH。 2.呼吸电子传递链 NADH在NADH脱氢酶的作用下生成H＋和高能电子(e－)，电子被镶嵌在线粒体内膜上的一系列特殊蛋白质捕获和传递，最终传递给O2，O2和H＋结合生成了H2O。而线粒体内膜上的这些特殊蛋白质则利用电子给予的能量将线粒体基质中的H＋泵入内膜和外膜的间隙，构建了跨膜的H＋浓度梯度。H＋沿着线粒体内膜上ATP合酶内部的通道流回线粒体基质，推动了ATP的合成。 【易错一笔勾销】 电子的最初供体是水，最终受体是NADP＋，电子传递的最终产物是NADPH。 串讲2 C3植物、C4植物和CAM植物 1．C3途径：也称卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3)]，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见的C3植物有大麦、小麦、大豆、水稻、马铃薯等。 2．C4途径：[固定CO2的初产物是四碳化合物(C4)]研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍，所以C4植物能利用叶肉细胞间隙含量很低的CO2进行光合作用，反应的空间分离导致维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞增加10倍，从而确保在CO2受限的条件下进行高效的碳固定。C4植物通常生长在强光环境中，光合作用速率在所有植物中最高，如玉米、甘蔗、高粱等。 3．CAM 途径：在CAM植物中，碳捕获和固定的反应在时间上是分离的。首先，在晚上(此时蒸腾速率低)捕获CO2，然后转变成苹果酸存储在液泡中。到了白天，气孔关闭，苹果酸脱羧，使得叶绿体中Rubisco周围CO2浓度升高(如图3)。大量的苹果酸存储需要更大的液泡和细胞，因此CAM植物一般具有肉质的茎叶。 串讲3 光呼吸 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。 (2)Rubisco具有两面性(或双功能)。 2.过程 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，导致光合作用减弱，农作物产量降低。 5.有利影响 (1)光呼吸是进行光合作用的细胞在高光照及高O2低CO2的条件下，为提高抗逆性而形成的一条代谢途径。 (2)在干旱和高辐射等环境中，气孔关闭，胞间CO2浓度降低，会导致光抑制。此时光呼吸释放CO2，用于光合作用，减少碳损失；消耗高光强产生过多的NADPH和ATP，保护光合结构。 6.二氧化碳的猝发：指在光照突然停止之后释放出大量的二氧化碳的现象。是光合作用停止而光呼吸还在进行造成的。 7.光呼吸与细胞呼吸的区别 (1)反应条件不同：光呼吸的强度大致和光照强度成正比。只有在光照下，CO2浓度降低，O2浓度增高时才进行。 (2)产能情况不同：光呼吸虽然能使有机物分解为CO2，却不产生ATP或NADPH。 能力1 光合磷酸化和氧化磷酸化 能力解读 电子传递链和光合磷酸化 电子传递链和氧化磷酸化 发生的生理作用 光合作用 有氧呼吸 反应过程 不同点 场所 叶绿体类囊体薄膜 线粒体内膜 光照 需要光 不需要光 电子供 体/受体 电子供体是H2O，电子受体是NADP＋ 电子供体是NADH，电子受体是O2 相同点 电子传递过程中所形成的H＋梯度作为动力，在ATP合酶的作用下，催化ADP磷酸化成ATP 【技法拨云见日】 光合磷酸化和氧化磷酸化是细胞能量代谢的核心考点，高考常以概念辨析、过程对比、场所判断、物质/能量变化为考查方向，多在选择题、非选择题的填空/分析题中出现，解题的核心是抓核心区别、记共性特征、辨细节陷阱。 典题示例 1．如图是小麦植株的叶肉细胞进行光合作用的部分示意图，光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是由蛋白质和光合色素组成的复合物，具有吸收、传递、转化光能的作用。下列叙述正确的是(　　) A．图中电子的供体和最终受体分别是H2O和NADPH B．叶绿体基质中H＋的积累，有利于ATP的合成 C．CF0－CF1复合物具有催化ATP合成和运输H＋的作用 D．若降低环境中CO2的浓度，短时间内ATP的含量会下降 【答案】　C 【解析】　图中显示，PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2、H＋和电子，产生的电子传递给PSⅠ用于将NADP＋和H＋结合形成NADPH，因此图中电子的供体和最终受体分别是H2O和NADP＋，A错误；据图可知，PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2、H＋和电子，电子通过在叶绿体类囊体膜中的电子传递链间的移动传递，同时将H＋从叶绿体基质传递到类囊体腔，建立电化学质子梯度，用于ATP的合成，因此类囊体腔中H＋的积累，有利于ATP的合成，B错误；据图可知，ATP的合成是在CF0－CF1复合物的催化作用下完成的，同时CF0－CF1复合物还能运输H＋，C正确；若降低环境中CO2的浓度，暗反应减慢，消耗的ATP减少，短时间内ATP的含量会上升，D错误。 2．(2025·阜新模拟)衣藻光合作用过程中电子传递、ATP合成及H＋传递过程如下图。PSⅡ利用光合色素吸收光能，在反应中心将H2O分解为H＋、O2和电子，释放的电子经光合电子传递链依次传递至Fd，被还原的Fd将电子沿3个途径进行分配和利用：①自然条件下，传递给FNR，用于NADPH的合成；②强光高温等胁迫时，重新传递给PQ，形成环式电子传递；③O2浓度低时，传递给氢化酶(H2ase)，用于H2的合成。利用衣藻光合作用产氢是非常有前景的清洁能源生产途径，有助于早日实现“碳达峰、碳中和”。 (1)图中光合电子传递链位于____________(部位)，电子的最初供体是________。 (2)高温胁迫会使PSⅡ反应中心的关键蛋白D1受损，ATP/NADPH的比例降低，此时环式电子传递过程增强，使ATP/NADPH的比例升高，叶绿体可消耗多余的ATP修复受损蛋白。ATP/NADPH比例升高的机制是_____________________________________________________。 (3)已知氢化酶活性与O2浓度呈负相关，D1是一种含硫的蛋白质。在适宜光照、通气条件下，用完全培养液培养衣藻，其光合作用产生的O2的去向是_______________________________________________，此时不会产生H2；为提高衣藻产H2的速率，应使用________培养液，在__________________条件下培养衣藻，理由是_____________________________________________。 【答案】　 (1)类囊体薄膜　H2O (2)环式电子传递过程的电子不传递给NADP＋，无法形成NADPH，H＋的梯度仍维持正常，ATP的合成过程正常进行 (3)用于细胞呼吸和释放到空气中　缺硫　适宜光照、密闭(不通气)　缺硫时D1受损，PSⅡ产生O2的速率下降，密闭条件可以阻止外界环境中O2对氢化酶活性的抑制，氢化酶活性升高；此时仍可通过NADH产生电子和H＋来维持H2的合成 【解析】(1)图中光合电子传递链位于类囊体薄膜，属于光合作用光反应的过程，在反应中心将H2O分解为H＋、O2和电子，电子的最初供体是H2O。(2)高温胁迫时，环式电子传递过程的电子不传递给NADP＋，无法形成NADPH，H＋的浓度梯度仍维持正常，ATP的合成过程正常进行，因此ATP含量增加，NADPH含量下降，ATP/NADPH比例升高。(3)在适宜光照、通气条件下，用完全培养液培养衣藻，其光合作用产生的O2的去向是用于细胞呼吸和释放到空气中。根据题干，O2浓度低时，传递给氢化酶(H2ase)，用于H2的合成，已知氢化酶活性与O2浓度呈负相关，因此为提高衣藻产H2的速率，应该抑制O2的产生速率，应使用缺硫培养液，在适宜光照、密闭(不通气)条件下培养衣藻，因为缺硫时D1受损，PSⅡ产生O2的速率下降，密闭条件可以阻止外界环境中氧气O2对氢化酶活性的抑制，氢化酶活性升高；此时仍可通过NADH产生电子和H＋来维持H2的合成。 能力2 C3植物、C4植物、CAM植物的比较 能力解读 比较项目 C3植物 C4植物 CAM植物 代表植物 小麦、水稻等大多数绿色植物 玉米、高粱等生活在高光照、高温环境的植物 景天科植物，仙人掌科植物，凤梨科植物等(分布在半干旱地区) 维管束鞘细胞 细胞小，不含叶绿体 细胞大；含叶绿体，但其中无基粒 — CO2同化途径(图示) C3途径 C4途径 景天酸代谢途径(CAM途径) 　 注：C4途径和CAM途径中的C4均指苹果酸，但在形成苹果酸之前先生成的是最初固定产物草酰乙酸。 CO2固定受体 C5(RuBP) PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)，C5 白天：PEP；夜晚：C5 CO2固定酶 Rubisco 叶肉细胞：PEP羧化酶； 维管束鞘细胞：Rubisco 夜晚：PEP羧化酶； 白天：Rubisco CO2固定 最初产物 C3(PGA，3－磷酸甘油酸) C4(OAA，草酰乙酸) 白天：C3；夜晚：OAA CO2固定场所 叶肉细胞的叶绿体 叶肉细胞的叶绿体、维管束鞘细胞的叶绿体 叶肉细胞的叶绿体(夜晚，气孔打开) C3还原场所 叶肉细胞的叶绿体 维管束鞘细胞的叶绿体 叶肉细胞的叶绿体(白天，气孔关闭) 说明 C3途径是光合作用同化的基本途径，C4植物和CAM植物形成碳水化合物除了分别需要C4途径和CAM途径外，最终还需要C3途径 典题示例 1.(2025·山东枣庄模拟)小麦、水稻等大多数植物在暗反应阶段，CO2被C5固定以后形成C3，进而被还原成(CH2O)，这类植物称为C3植物。玉米、甘蔗等原产在热带的植物， CO2中的碳首先转移到草酰乙酸(C4)中，然后转移到C3中，这类植物称为C4植物，其固定CO2的途径如图1所示。芦荟、仙人掌等植物白天气孔关闭，夜间气孔开放，这类植物在进化中形成了特殊的固碳途径，如图2所示，这类植物称为CAM植物。(注：PEP羧化酶比RuBP羧化酶对CO2的亲和力更强。) (1)C4植物的光反应和卡尔文循环发生的场所分别是________________、________________。在炎热干旱的夏季中午，与C3植物相比，C4植物的优越性表现为________________________。 (2)CAM植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于________________________过程，夜晚其叶肉细胞能产生ATP的场所是________________________________________________________。 (3) 蝴蝶兰因花色艳丽、花姿优美、开花期长，一直以来深受爱花者的青睐。有人想在室内大量培养蝴蝶兰，又担心植物多，在夜晚会释放大量的CO2不利于健康。请你根据图1、图2的固碳途径，利用CO2传感器， 设计实验探究蝴蝶兰是不是CAM植物(不考虑细胞呼吸的影响)。 实验思路： ___________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 实验结果和结论：_____________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 【答案】(1)叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜　维管束鞘细胞的叶绿体基质　C4植物可以利用较低浓度的CO2　(2)苹果酸分解和细胞呼吸　细胞质基质和线粒体　(3)在透明的密闭装置内培养蝴蝶兰，利用CO2传感器测定密闭装置中白天和夜晚CO2含量变化的差异　若密闭容器内白天CO2含量基本不变，晚上CO2 含量明显下降，则为CAM植物；若白天CO2含量下降，晚上CO2含量增多，则不是CAM植物 【解析】(1)结合图1可知，C4植物的光反应发生的场所是叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜，卡尔文循环发生的场所是维管束鞘细胞的叶绿体基质。 (2)结合图2可知，CAM植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于细胞呼吸和苹果酸分解过程。夜晚不能进行光合作用，其叶肉细胞产生ATP的过程是呼吸作用，场所是细胞质基质和线粒体。 (3)实验分析如下： 实验目的 探究蝴蝶兰是不是CAM植物(白天气孔关闭，夜间气孔开放) 给出的仪器 CO2传感器→检测的是CO2含量的变化 实验思路 将蝴蝶兰培养在透明的密闭容器内，置于自然环境中，检测密闭容器内白天和晚上CO2含量的变化 预期结果和结论 若为CAM植物，则白天密闭容器内CO2含量基本不变，晚上CO2含量明显下降；若不是CAM植物，则白天密闭容器内CO2含量下降，晚上CO2含量增多 1.(2025·陕晋宁青卷，17)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：____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 【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CO2，从而使保卫细胞细胞质中HCO和可溶性糖等溶质增加，渗透压增大，保卫细胞吸水，气孔开度增大，CO2吸收量增加，净光合速率增大 (3)减小　小　(4)构建G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株(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CO2的固定和C3的还原，故R酶催化CO2固定的场所是叶绿体基质，暗反应中C3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HCO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，在相同光照条件下，植株S的气孔开度大于植株W，CO2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CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，有利于R酶催化C5与O2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酶的表达量高， 有利于CO2的生成(甘氨酸→丝氨酸＋CO2)和吸收(气孔开度更大)，CO2是光合作用的原料，故相较于植株W，环境中 CO2浓度不变，O2浓度提高时，植株S的净光合速率变化(减小)幅度小。 (4)本实验的目的是确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，由此可知自变量是G酶的有无或多少，因变量是叶片净光合速率的大小，实验思路及预期结果见答案。 命题解读 新情境：考的是植物光合作用调控的前沿研究，用了基因编辑技术。目的是想办法让植物长得更好、产量更高。 新考法：把“细胞结构”“代谢”“遗传”三块知识揉在一起考。让学生自己设计实验，验证G酶的作用。给你图，让你看图说话，把图里的信息变成生物学逻辑。 新角度：从“G酶多了→气孔大→光合强”，反过来推 “G 酶少了→气孔小→光合弱”。强调代谢（G酶反应）、运输（吸水、CO2吸收）和环境（O2/CO2浓度）是连在一起的。 2.(2024·黑吉辽蒙卷，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。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。 在叶绿体中：C5＋CO22C3① C5＋O2C3＋C2② 在线粒体中：2C2＋NAD＋C3＋CO2＋NADH＋H＋③ 注：C2表示不同种类的二碳化合物，C3也类似。 图1 (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 ________________________。 (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_________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 图2 图3 (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)光呼吸　呼吸作用　7～10时，随着光照增强，光呼吸增强，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程，转基因株系1和2降低了光呼吸，净光合速率比WT更高　不能　总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＋光呼吸速率，呼吸速率为光照强度为0时CO2的释放速率，图3横坐标为CO2的浓度，无法获得株系1准确的呼吸速率，此外，无法得出光呼吸速率 (4)株系1比株系2和WT的净光合速率高，有机物积累更多 【解析】(1)在光合作用的暗反应过程中，CO2在特定酶的作用下，与C5结合形成两个C3，这个过程称作CO2的固定，故反应①是CO2的固定过程。(2)有氧呼吸的第一、二、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CO2和NADH，合成少量ATP，故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和线粒体基质。(3)由图1可知，在线粒体中进行光呼吸的过程中，也会产生CO2，因此植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸和呼吸作用。净光合速率＝总光合速率－呼吸速率(包含光呼吸)，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，又因光呼吸与暗反应竞争结合C5，所以会促进暗反应中CO2的固定，提高光合作用速率，因此与WT相比，株系1和2的净光合速率较高。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＋光呼吸速率，因横坐标CO2浓度的改变，光呼吸释放CO2也在改变，且呼吸速率未知，故无法算出总光合速率。(4)由图2、图3可知，与株系2和WT相比，转基因株系1的净光合速率最大，因此选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势。 命题解读 新情境：考查光呼吸，属于光合作用+基因工程的前沿题。用转基因改造光呼吸，提高光合、增产。 新考法：跨模块：光合+呼吸+基因工程一起考看图说话：从曲线里比快慢、找原因、实验判断：能不能算总光合、为什么。 新角度：核心逻辑：光呼吸越强→光合越弱；转基因株系光呼吸弱→净光合高→产量高；总光合=净光合+呼吸速率，只给净光合不能算总光合。 考向1 C4植物、CAM植物 1.【农业经济作物玉米与学科知识结合】玉米是C4植物，其参与CO2固定的酶有PEP羧化酶和RuBP羧化酶两种，其中PEP羧化酶对CO2的亲和力显著高于RuBP羧化酶，可以把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，如图所示，回答下列问题： (1)维管束鞘细胞叶绿体中C3的还原过程需要光反应的产物__________________提供能量。据图推测，维管束鞘细胞中CO2浓度________(填“高于”或“低于”)叶肉细胞中的CO2浓度；显微镜下观察C4植物玉米的叶片发现，叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构，这种结构可从________________________两个方面提高植物吸收CO2的效率，有利于其适应低浓度CO2环境。 (2)灌浆期是农作物的一个重要生长时期，即光合作用产物输出并储存在籽粒中的阶段，光合作用产物主要以蔗糖的形式输出到籽粒中。实验小组检测了灌浆期给玉米喷施油菜素内酯(BR)对相关酶活性的影响，实验结果如表所示。 组别 PEP羧化酶/ (μmol CO2·h－1·mg－1) RuBP羧化酶/ (μmol CO2·h－1·mg－1) 蔗糖合成酶/ (U g－1·min－1FW) 对照组 48.5 1.68 2.62 外施BR组 63.2 2.85 3.89 分析表格数据，试从两个方面阐述灌浆期喷施BR能提高玉米产量的原因：①________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比，适当波长的光可用于色素含量的测定。若要检测喷施BR能否提高玉米灌浆期叶肉细胞中叶绿素的含量，则应测定喷施BR前后叶片的叶绿体色素提取液对________吸收值的变化。 【答案】(1)ATP和NADPH　高于　促进植物吸收CO2、防止吸收的CO2逸散　(2)①喷施BR能提高PEP羧化酶和RuBP羧化酶的活性，促进CO2的固定，提高光合作用强度，增加光合产物的生成量　②喷施BR能提高蔗糖合成酶的活性，促进蔗糖的合成，有利于光合产物更多地输出并储存在籽粒中 (3)红光 【解析】(1)光反应为暗反应中C3的还原提供ATP和NADPH，二者都可为该过程提供能量。PEP羧化酶对CO2的亲和力显著高于RuBP羧化酶，可以把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，然后运输到维管束鞘细胞释放出CO2，所以维管束鞘细胞中CO2浓度高于叶肉细胞中的CO2浓度；据题可知，维管束鞘细胞四周包围着一圈辐射排列的叶肉细胞，形成花环状结构，这种结构有利于四周的叶肉细胞利用PEP羧化酶吸收低浓度的CO2，从而促进C4植物对CO2的吸收，同时可将维管束鞘细胞释放出来的CO2通过叶肉细胞中的PEP羧化酶再“压”回维管束鞘细胞，减少了CO2的逸散，从而提高了C4植物吸收CO2的效率，有利于其适应低浓度CO2环境。(2)①从表格数据可以看出，喷施BR后，PEP羧化酶和RuBP羧化酶的活性升高，这两种酶参与CO2的固定过程，酶活性升高可促进CO2的固定，提高光合作用强度，增加光合产物的生成量；②同时，蔗糖合成酶活性也升高，蔗糖合成酶能促进蔗糖的合成，有利于光合产物更多地以蔗糖的形式输出到籽粒中并进行储存，进而提高玉米产量。(3)叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，但是选择蓝紫光无法排除类胡萝卜素的干扰，所以为了检测喷施BR能否提高玉米灌浆期叶肉细胞中叶绿素的含量，应测定喷施BR前后叶片的叶绿体色素提取液对红光吸收值的变化。 2.【农业经济作物水稻与学科知识结合】(2025·临沂模拟)叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸，C5的结合与反应方向取决于CO2和O2的相对浓度。水稻叶肉细胞中光呼吸和光合作用的关系如图所示，不考虑叶片呼吸作用的影响。回答下列问题： (1)C3生成糖类的过程中NADPH的作用是____________________________，甘油酸转化为C3会消耗ATP，产生的ADP和Pi在叶绿体中被再利用的途径是_________________。 (2)光呼吸中C5与O2结合的反应场所是叶绿体的__________；光呼吸过程__________(填“提高”“降低”或“不改变”)水稻光合作用效率，若要提高水稻产量，可通过适当升高CO2浓度达到增产目的，据图解释其原理是______________________________________________ ________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)研究人员利用基因工程构建了一条新的“光呼吸支路”，使光呼吸的中间产物乙醇酸直接在叶绿体内被催化并最终完全分解为CO2，并将这条支路定位在水稻叶绿体中，大大提高了水稻的产量。结合题干信息分析水稻产量提高的机制是_______________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【答案】(1)作为还原剂和提供能量　参与光反应生成ATP　(2)基质　降低　CO2浓度升高促进C5与CO2反应，加快光合作用速率，同时抑制C5与O2反应，减弱光呼吸，从而增加有机物的生成，减少有机物的消耗　(3)减少原本释放于线粒体的CO2，将乙醇酸中的碳更多地留在叶绿体中，提高了叶绿体中CO2浓度，进而抑制光呼吸，提高水稻的光合效率 【解析】(1)在光合作用的暗反应阶段，C3生成糖类的过程中NADPH可以作为还原剂和提供能量，在光合作用的光反应阶段，ADP和Pi参与生成ATP。(2)从图中可知，光呼吸和光合作用的暗反应都涉及C5的反应，而暗反应的场所是叶绿体基质，所以光呼吸中C5与O2结合的反应场所是叶绿体的基质。光呼吸过程中，C5与O2结合，消耗了C5，这使得用于光合作用暗反应中固定CO2的C5减少，进而降低了水稻光合作用效率。因为C5的结合与反应方向取决于CO2和O2的相对浓度，适当升高CO2浓度，会使C5更多地与CO2结合进行光合作用的暗反应，抑制了C5与O2的结合，减弱了光呼吸，从而促进光合作用，达到增产目的。(3)研究人员利用基因工程构建了一条新的“光呼吸支路”，使光呼吸的中间产物乙醇酸直接在叶绿体内被催化并最终完全分解为CO2，减少原本释放于线粒体的CO2，将乙醇酸中的碳更多地留在叶绿体中，提高叶绿体中CO2浓度，抑制光呼吸，提高水稻的光合效率。 考向2 光呼吸、光抑制与光保护 3.(2025·青铜鸣联考)当植物吸收的光能超过其所需时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制，叶绿体中的叶绿素与D1等蛋白结合构成光系统Ⅱ，在光能过剩时活性氧的大量累积可直接破坏D1蛋白，且抑制D1蛋白的合成，从而加剧光抑制。被破坏的D1降解后，空出相应的位置，新合成的D1才能占据相应位置，光系统Ⅱ得以修复。为探究高温胁迫对植物光合速率的影响机理，研究者进行了如下实验： 实验一：以野生型番茄植株为实验材料进行探究，在实验第3天时测定相关实验数据如表所示(R酶参与暗反应)。 组别 温度 气孔导度/(mmol·m－2·s－1) O2释放速率/(μmol· m－2·s－1) 胞间CO2浓度/ppm R酶活性/(U·mL－1) 甲 25 ℃ 99.2 11.8 282 172 乙 40 ℃ 30.8 1.1 403 51 实验二：已知CLH能促进被破坏的D1降解。研究者以野生型番茄植株和CLH基因缺失的突变体植株为实验材料进行相关实验，测得实验结果如图曲线所示。 注：第1天之前为25 ℃，第1～3天为40 ℃，第4～5天为25 ℃。 (1)分析实验一表中数据，乙组番茄植株气孔导度明显降低，但研究者判断CO2浓度不是限制光合速率的因素，依据是____________________________________________________________________, 请推测造成其光合速率较低的内部因素可能是______________________________________________ ____________________________________________________________________。 (2)表中数据显示，高温胁迫下番茄植株光反应速率减慢，分析其原因是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 (3)结合实验二曲线图，请从D1蛋白的角度分析，突变型植株光合速率较低的原因是_______________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 (4)综合上述信息，从D1蛋白降解与合成的角度，分析高温胁迫条件下野生型植株光系统Ⅱ未完全修复的原因是________________________________________________________。 【答案】(1)胞间CO2浓度较高　R酶的活性降低，类囊体结构被破坏　(2)高温导致R酶活性下降，暗反应速率下降，光反应产生的ATP和NADPH的剩余量增加，抑制光反应；同时光能过剩时活性氧的大量累积破坏光系统Ⅱ，且抑制其修复　(3)突变型植株无法降解被破坏的D1蛋白，光系统Ⅱ难以修复，光合速率较低　(4)新D1蛋白的合成速率小于被破坏的D1降解速率 【解析】(1)分析实验一表中数据，乙组番茄植株气孔导度明显降低，但胞间CO2浓度较高，说明CO2浓度不是限制光合速率的因素，造成其光合速率较低的内部因素可能是R酶的活性降低、类囊体结构被破坏。(2)表中数据显示，高温胁迫下番茄植株R酶活性下降，暗反应速率下降，光反应产生的ATP和NADPH的剩余量增加，抑制光反应；同时光能过剩时活性氧的大量累积破坏光系统Ⅱ，且抑制其修复，故高温胁迫下番茄植株光反应速率减慢。(3)据题意：被破坏的D1降解后，空出相应的位置，新合成的D1才能占据相应位置，光系统Ⅱ得以修复；CLH能促进被破坏的D1降解，CLH基因缺失的突变型植株光合速率低，其对应的D1蛋白量高，说明突变型植株无法降解被破坏的D1，光系统Ⅱ难以修复，导致光合速率较低。(4)从D1蛋白降解与合成的角度，分析高温胁迫条件下野生型植株光系统Ⅱ未完全修复的原因是新D1蛋白的合成速率小于被破坏的D1降解速率。 情境拓展·科技前沿（2024-2026热点聚焦） 人工光合系统 1.人工细胞 人工细胞是模拟天然细胞关键特征(如分隔结构、物质交换、代谢反应、信号响应等)的人工组装体，包括膜系统、内部功能组分及能量供应系统等。对于理解生命的奥秘具有重要意义，目前科学家已经人工合成了一种能够进行光合作用，将光能转化为化学能用于自身成分合成的简单细胞。该人工合成细胞由脂质膜包裹，内含蛋白质合成系统、含有ATP合酶和细菌视紫红质(一种光合色素)的膜结构、DNA等。 2.人工模拟光合作用 淀粉主要由绿色植物通过光合作用固定二氧化碳进行合成。但通过光合作用生产淀粉的过程存在能量利用效率低、生长周期长的特点。为解决粮食危机，科研人员建立了人工淀粉合成代谢途径(ASAP)，利用化学催化剂将高浓度CO2在高密度氢能作用下还原成一碳化合物(C1)，然后通过设计构建C1聚合新酶，依据化学聚糖反应原理将一碳化合物聚合成三碳化合物(C3)， 一、单选题 1．（2025·宁夏吴忠·一模）CAM光合途径是指植物的气孔在夜晚张开，进行CO2吸收并转化成苹果酸以主动运输的方式转入液泡中，气孔在白天关闭，储存的苹果酸经过脱羧释放出CO2用于光合作用。而C3植物仅有C3光合途径，即气孔在白天张开以吸收CO2进行光合作用，且无苹果酸合成、转运和脱羧过程。铁皮石斛作为一种兼性CAM植物，其光合作用模式会根据光照环境的变化，在CAM途径与C3途径之间转换。下列相关推测不合理的是（    ） A．高温干旱条件下，铁皮石斛在暗期的气孔开放程度可能大于光期 B．铁皮石斛细胞中液泡的pH在暗期降低、光期上升 C．铁皮石斛暗期的CO2吸收速率较光期低，说明铁皮石斛在暗期的光合速率低于光期 D．铁皮石斛在暗期吸收的CO2可缓解光期CO2吸收不足，进而提高光合速率 【答案】C 【详解】A、高温干旱环境下，为防止过度蒸腾作用，铁皮石斛白天气孔开放程度减小，夜晚开放程度大，夜晚吸收CO2并储存起来，为光期进行光合作用提供充足的CO2，A合理； B、CAM植物在暗期将CO2转化为苹果酸并储存于液泡中，苹果酸是酸性物质，其积累会导致液泡pH降低，光期苹果酸脱羧释放CO2，pH回升，B合理； C、铁皮石斛在暗期气孔开放所吸收的CO2仅用于储存，由于缺乏光照，暗期不进行光合作用，不能算光合速率，C不合理； D、铁皮石斛通过暗期吸收、储存的CO2可缓解光期吸收CO2的不足，从而提高光期光合速率，D合理。 故选C。 二、解答题 2．（25-26高三上·广东梅州·期末）仙人掌是适应白天温度高而夜间温度低这种生长环境的植物。它的气孔在夜晚开放、白天关闭，这种无机碳的浓缩途径称为“景天酸代谢（CAM途径）”。如图为仙人掌叶肉细胞中发生的部分代谢过程。回答下列问题： (1)仙人掌从外界吸收CO2的时间段是_______。 (2)夜间，仙人掌将CO2最终通过生成_______（物质）直接储存在液泡中。在夜间虽然有CO2，但仙人掌的叶肉细胞并不进行暗反应，从光合作用过程和条件的角度分析，可能的原因是_______（答一点）。 (3)白天仙人掌的气孔处于关闭状态，这对于其适应生长环境的优势是_______。 (4)仙人掌叶肉细胞将CO2固定为C3发生的具体场所是_______。若用14C标记CO2，请用箭头表示14CO2中碳原子在暗反应过程中的转移路径：_______。 【答案】(1)夜间 (2) 苹果酸 夜间没有光照，光反应不能进行，无法为暗反应提供 ATP 和 NADPH (3)减少水分通过气孔的蒸发，适应干旱环境 (4) 叶绿体基质 【分析】CAM 植物气孔夜间开放、白天关闭，因此 CO2吸收主要在夜间进行。夜间 CO2与 PEP 结合生成 OAA，再转化为苹果酸储存于液泡；白天苹果酸分解释放 CO2，用于暗反应。CAM 途径的适应意义：白天关闭气孔可减少水分蒸发，适应干旱环境（白天温度高、蒸发强）。 【详解】（1）仙人掌为 CAM 植物，气孔夜间开放、白天关闭，因此从外界吸收 CO2的时间段是夜间。 （2）夜间，仙人掌叶肉细胞中 CO2先与 PEP 结合生成 OAA，再转化为苹果酸，直接储存在液泡中。夜间无光照，光反应无法进行，不能为暗反应提供 ATP 和 NADPH，因此即使有 CO2，也不能进行暗反应。 （3）仙人掌生长环境白天温度高、蒸发作用强，白天关闭气孔的优势是减少水分通过气孔的蒸发，适应干旱环境，同时夜间储存的苹果酸可分解提供 CO2，满足白天暗反应的需求。 （4）仙人掌叶肉细胞的暗反应在叶绿体中进行，CO2固定为 C3的场所是叶绿体基质。用14C 标记 CO2，碳原子在暗反应过程中的转移路径为：14CO2在叶绿体基质中与 C5 结合生成 14C3，最终 14C3还原形成 (14CH2O)和14C5。因此转移路径为： 3．（25-26高三上·安徽阜阳·期末）以景天科植物为代表的多种植物体内具有特殊的CO2固定方式，即CAM途径，又称为景天酸代谢途径，其夜间气孔开放，固定CO2产生苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用，基本过程如图1所示。请据图回答下列问题： (1)景天科植物叶肉细胞内CO2固定的直接产物是___________。 (2)景天科植物叶肉细胞液泡中pH白天高于晚上，其原因是___________。该植物细胞在夜间能吸收CO2，却不能合成糖类等有机物的原因是___________。 (3)请从适应性的角度分析，景天科植物夜晚开启气孔、白天关闭气孔的意义是___________。 (4)研究发现，气孔的开放与保卫细胞的细胞壁松弛有关，细胞内pH的下降可导致细胞壁松弛。图2表示该类植物叶片内有机酸含量的昼夜变化，据此推测，该类植物夜间气孔开放的机理是___________。 【答案】(1)草酰乙酸(OAA)、三碳化合物(C3) (2) 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，使pH下降；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸分解释放CO2用于光合作用，使pH升高 夜间没有光照，不能进行光反应，不能为暗反应提供ATP和NADPH，故不能进行暗反应合成有机物 (3)夜晚开启气孔吸收并储存CO2以满足光合作用的需求，白天关闭气孔降低蒸腾作用以减少水分的散失 (4)夜间该类植物有机酸含量升高，导致细胞内pH下降，使细胞壁松弛，气孔开放 【分析】据图分析：图示植物吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中，夜晚能吸收CO2，却不能合成C6H12O6，故其白天进行光反应及暗反应合成有机物，夜晚只进行二氧化碳固定。 【详解】（1）由图可知，CO2进入细胞后，可与PEP反应生成OAA，在光合作用暗反应中，CO2和C5反应形成C3，因此景天科植物叶肉细胞内CO2固定的直接产物是草酰乙酸(OAA)、三碳化合物(C3)。 （2）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，使pH下降；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸分解释放CO2用于光合作用，使pH升高，因此景天科植物叶肉细胞液泡中pH白天高于晚上。夜间没有光照，不能进行光反应，不能为暗反应提供ATP和NADPH，故该类植物夜晚吸收的CO2不能合成葡萄糖。 （3）夜晚开启气孔吸收并储存CO2以满足光合作用的需求，白天关闭气孔降低蒸腾作用以减少水分的散失，有利于景天科植物适应高温环境。 （4）有机酸的含量白天减少，夜晚增加，而细胞内pH的下降可导致细胞壁松弛，因此该类植物夜间气孔开放的机理是夜间该类植物有机酸含量升高，导致细胞内pH下降，使细胞壁松弛，气孔开放。 4．（2025·辽宁·二模）多肉植物白凤（如图1）是景天科植物，由于起源地光照充足、水分稀缺，其白天气孔几乎处于完全关闭的状态，因此具有特殊的CO2利用方式（称为CAM途径，如图2）。夜间气孔开放，细胞中磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）作为CO2接受体，在PEP羧化酶催化下形成草酰乙酸（OAA），再还原成苹果酸并储存于液泡中。白天苹果酸进行脱羧释放CO2。回答下列问题： (1)白凤的气孔在白天关闭夜间开放，其意义在于________。从形态方面分析，白凤能适应干旱环境的特点为________（写出1点）。具有CAM途径的多肉植物的卡尔文循环发生在 ③ （填“白天”或“夜间”），原因是只有白天才能进行 ④ 。 (2)白凤细胞中光合作用利用的CO2来源于_______两个途径，有氧呼吸第二阶段利用的丙酮酸来源于_______两个途径。 (3)研究表明，白凤在0—4点、20—24点气孔处于完全开放状态，10—16点气孔处于完全关闭的状态，请在图中绘出一昼夜内其CO2的吸收速率曲线（绘出趋势即可）__________。 (4)基于这类植物特殊的CO2利用方式，其10—16点的净光合速率不能用植物CO2的吸收速率来表示。请写出一种表示净光合速率的指标：__________。 【答案】(1) 白天气孔关闭可避免因蒸腾作用过强而散失大量 水分，夜晚气孔开放吸收CO2经储存和释放后供白天 光合作用利用 植株矮小、叶片肥厚 白天 光反应 (2) 苹果酸的脱羧反应、线粒体中丙酮酸的分解（或有 氧呼吸第二阶段产生） 葡萄糖的分解（或有氧呼吸第 一阶段产生）、苹果酸的分解 (3) (4)有机物的积累速率（或单位时间内有机物的积累量） 【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，其中光反应包括水的光解和ATP的生成，暗反应包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原等。 【详解】（1）分析题意可知，白凤生活的环境光照充足、水分稀缺，故其白天气孔关闭可避免因蒸腾作用过强而散失大量水分，夜晚气孔开放吸收CO2经储存和释放后供白天 光合作用利用，能更好地适应环境；从形态方面分析，白凤植株矮小、叶片肥厚均可减少因蒸腾过量导致的水分散失；白天才能进行光反应产生NADPH 和ATP，进而在卡尔文循环中用于C3的还原，故 具有CAM途径的多肉植物的卡尔文循环发生在白天。 （2）结合图示及题意可知，白凤细胞中光合作用利用的CO2来源于苹果酸的脱羧反应、线粒体中丙酮酸的分解（或有氧呼吸第二阶段产生）；有氧呼吸第二阶段利用的丙酮酸来源于葡萄糖的分解（或有氧呼吸第 一阶段产生）、苹果酸的分解。 （3）白凤在0一4点、20一24点气孔处于完全开放状态， 吸收量较大且平稳，10一16点气孔处于完全关闭的状 态，吸收量为0，4一10点吸收量逐渐变小，16一20点吸 收量逐渐变大，故可绘制图形如下： 。 （4）净光合速率是植物的总光合与呼吸的差值，可用有机物的积累速率（或单位时间内有机物的积累量）表示。 5．（2025·陕西宝鸡·二模）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，过程如图所示。回答下列问题： (1)夜晚 CO₂固定于苹果酸的过程属于____（填“吸能”或“放能”）反应。④过程需要的能量物质是____。 (2)白天八宝景天叶肉细胞进行光合作用所需的 CO₂来自____。 (3)研究人员进一步研究了干旱胁迫对光合产物分配的影响：将长势一致的吐絮期棉株平均分成三组，其中一组为对照组，另两组设置为中度干旱和严重干旱组，相同条件下，光合作用一段时间后，测定主茎叶中¹⁴C 在不同部位光合产物中的分布情况，得到下表中的数据： 不同干旱胁迫吐絮期上部主茎叶中¹⁴C 光合产物的分配（%） 处理 对照 中度干旱 严重干旱 处理 对照 中度干旱 严重干旱 饲喂叶 54.33 52.48 50.57 果枝其他 0.57 0.27 0.21 第二果节铃 1.78 31.46 40.86 上位果枝 0.12 0.05 0.05 第二果节叶 0.07 0.07 0.06 下位果枝 0.13 0.22 0.31 第三果节铃 0.01 0 0 其他 42.96 15.45 8.14 第三果节叶 0.04 0 0 ①由表中数据可知，主茎叶中的光合产物主要分布在____中，____条件下，饲喂叶向下位果枝运输的光合产物比例最大。 ②大多数植物在干旱条件下，气孔会以数十分钟为周期进行周期性的闭合，称为“气孔振荡”，“气孔振荡”是植物对干旱条件的一种适应性反应，有利于植物生理活动的正常进行，原因______。 【答案】(1) 吸能 ATP、NADPH (2)苹果酸分解和细胞有氧呼吸 (3) 饲喂叶和第二果节铃 严重干旱 既能降低蒸腾作用强度，减少水分的散失，又能保障CO2供应，使光合作用正常进行 【分析】光合作用：①光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP和NADPH的生成；②暗反应场所在叶绿体的基质，发生CO2的固定和C3的还原，消耗ATP和NADPH。景天科植物晚上气孔开放，吸收CO2以苹果酸的形式储存起来，白天苹果酸释放出CO2，用于光合作用。 【详解】（1）据图可知，八宝景天夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，此过程需要NADH分解提供能量，因此推测夜晚CO2固定于苹果酸的过程属于吸能反应。④过程表示C3的还原，此过程需要光反应产生的ATP和NADPH供能和供氢。 （2）据图分析可知，参与卡尔文循环的CO2直接来源于苹果酸的分解，同时细胞呼吸作用产生的CO2也作为卡尔文循环的直接来源。 （3）①由表中数据可知，主茎叶中的光合产物主要分布在饲喂叶和第二果节铃，饲喂叶中更多。在严重干旱的条件下，饲喂叶向下位果枝运输的光合产物比例最大（0.31）。 ②气孔振荡既能降低蒸腾作用强度，减少水分的散失，又能保障CO2供应，使光合作用正常进行，有利于植物生理活动的正常进行。 学科网(北京)股份有限公司 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 微专题02 C3、C4和CAM植物的光合作用 目录 01 析·考情精解 2 02 构·知能架构 3 03 串·核心通络 3 核心整合 C3、C4和CAM植物的光合作用 4 自查探针 5道真题选改判，“探”出薄弱点，“诊”明提分路！ 核心串讲 串讲1 电子传递链 串讲2 C3植物、C4植物和CAM植物 串讲3 光呼吸 能力进阶 能力1 光合磷酸化和氧化磷酸化 能力2 C3植物、C4植物、CAM植物的比较 04 破·题型攻坚 10 真题动向 引入科技前沿、农业生产实践等新情境、融合新概念反套路命题！ 命题预测 考向1 C4植物、CAM植物 考向2 光呼吸、光抑制与光保护 05 拓·素养提升 15 素养链接 情境拓展·科技前沿 高考预测 5道最新模拟，精准预测素养考向！ 命题轨迹透视 从近三年高考试题来看，C3、C4和CAM植物的光合作用属于高频拓展考点，考查题型以实验分析题、填空压轴题（核心题型）为主，覆盖基础知识、逻辑判断与实验应用等层面。 命题趋势：情境贴近科研与实际（如干旱农业、作物光合改造、低CO2环境适应）；知识点综合化（如将C4光合途径与酶的特性、气孔调节、能量流动结合）；聚焦细节与易错点（如C4的“空间分离”、CAM的“时间分离”、Rubisco酶的双重功能）。 核心素养导向：生命观念：强化结构与功能相适应、生物与环境相适应的观念，凸显三种光合途径对不同逆境的适应意义。科学思维：培养逻辑推理、归纳概括与批判性思维，如分析C4植物在低CO2环境下的光合优势。科学探究：落实实验设计、现象分析等能力，如通过实验探究CAM植物在不同水分条件下的光合节律变化。社会责任：关联农业增产、生态修复等生产实际，体现光合作用研究的应用价值。 高考命题风向 新情境：光合作用+光呼吸的前沿科研都用转基因植株（提高/降低酶表达）研究光合效率来提高作物产量挂钩。 新考法：跨模块综合：光合+呼吸+酶+基因工程；必看图：代谢图；曲线图，要会分析原因；实验设计：对照、单一变量、补充实验。 新角度：逻辑链：酶变化→代谢变化→气孔/ CO2变化→光合变化；正反推理：酶多→光合高；酶少→光合低；光合计算：总光合=净光合+呼吸速率。 考点频次总结 考点 2025年 2024年 2023年 C3、C4和CAM植物的光合作用 全国卷T12，6分 全国卷T18，10分 广东卷 T20，10分 黑吉辽卷 T21，10分 甘肃卷 T14，3分 湖南卷 T17，12分 福建卷 T11，3分 全国新课标卷 T7，6分 2026命题预测 预计在 2026 年高考中，C3、C4和CAM植物的光合作用命题将深度绑定农业增产与逆境适应场景，强化 “情境→知识→应用” 的逻辑链：农业应用情境：如干旱、高温、低 CO2浓度下的作物增产设计（如将C4光合途径转入C3作物以提升光合效率），考查 “结构功能统一性” 的核心逻辑。科研转化情境：如利用基因编辑技术改造CAM植物以适应荒漠种植，或通过人工调控光合途径提高作物水分利用效率，考查 “科研技术→产业应用” 的转化逻辑，凸显光合作用研究对农业、生态领域的支撑作用。命题侧重：将更侧重从真实科研情境中提取关键信息，调用C3、C4、CAM植物光合途径的时空分离特点，完成 “分析机制→推导方案→评价可行性” 的综合任务，既考查知识迁移能力，也体现学科的社会价值。 核心整合 C3、C4和CAM植物的光合作用 1.【2025 全国卷 T2C】CAM植物白天气孔开放，通过卡尔文循环固定CO2 （ ） 2.【2025 山东卷 T4A】C3植物的光呼吸发生在叶绿体和线粒体中，C4植物可完全避免光呼吸 3.【2025 山东卷T4B】CAM 植物的 CO2固定仅发生在夜间，光反应仅发生在白天 4.【2025 浙江卷6月选考T18B】干旱条件下，CAM植物的光合速率受水分限制比C3植物更显著 5.【2026 浙江卷1月选考T18C】CAM 植物的苹果酸在夜间分解产生 CO2，供卡尔文循环利用 串讲1 电子传递链 1.光合电子传递链 (1)类囊体膜上的色素分子能够捕获光能，将光能传递给位于反应中心的色素分子，该色素分子被激发，释放出一个高能电子。失去电子的色素分子从水分子中夺取电子，使水分解成H＋和O2，O2扩散进入大气。 (2)色素分子失去的电子被类囊体膜上的特殊蛋白质捕获，这些蛋白质利用电子携带的能量使H＋从叶绿体基质泵入类囊体腔，并最终把电子传递给了NADP＋，NADP＋获得电子后与H＋结合，生成NADPH。 (3)类囊体膜的磷脂双分子层对质子高度不通透，类囊体膜上镶嵌有ATP合酶，类囊体腔中的H＋顺浓度梯度经ATP合酶返回叶绿体基质，推动了ATP的生成。 小结　①电子的最初供体是水，最终受体是NADP＋，电子传递的最终产物是NADPH。 ②质子浓度(电化学)梯度的建立 a．PSⅡ在类囊体的囊腔侧进行水的光解产生H＋；b.质子泵将一些H＋逆浓度梯度从基质泵入类囊体腔；c.另一些H＋在基质中和NADP＋形成NADPH。 2.呼吸电子传递链 NADH在NADH脱氢酶的作用下生成H＋和高能电子(e－)，电子被镶嵌在线粒体内膜上的一系列特殊蛋白质捕获和传递，最终传递给O2，O2和H＋结合生成了H2O。而线粒体内膜上的这些特殊蛋白质则利用电子给予的能量将线粒体基质中的H＋泵入内膜和外膜的间隙，构建了跨膜的H＋浓度梯度。H＋沿着线粒体内膜上ATP合酶内部的通道流回线粒体基质，推动了ATP的合成。 【易错一笔勾销】 电子的最初供体是水，最终受体是NADP＋，电子传递的最终产物是NADPH。 串讲2 C3植物、C4植物和CAM植物 1．C3途径：也称卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3)]，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见的C3植物有大麦、小麦、大豆、水稻、马铃薯等。 2．C4途径：[固定CO2的初产物是四碳化合物(C4)]研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍，所以C4植物能利用叶肉细胞间隙含量很低的CO2进行光合作用，反应的空间分离导致维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞增加10倍，从而确保在CO2受限的条件下进行高效的碳固定。C4植物通常生长在强光环境中，光合作用速率在所有植物中最高，如玉米、甘蔗、高粱等。 3．CAM 途径：在CAM植物中，碳捕获和固定的反应在时间上是分离的。首先，在晚上(此时蒸腾速率低)捕获CO2，然后转变成苹果酸存储在液泡中。到了白天，气孔关闭，苹果酸脱羧，使得叶绿体中Rubisco周围CO2浓度升高(如图3)。大量的苹果酸存储需要更大的液泡和细胞，因此CAM植物一般具有肉质的茎叶。 串讲3 光呼吸 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。 (2)Rubisco具有两面性(或双功能)。 2.过程 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，导致光合作用减弱，农作物产量降低。 5.有利影响 (1)光呼吸是进行光合作用的细胞在高光照及高O2低CO2的条件下，为提高抗逆性而形成的一条代谢途径。 (2)在干旱和高辐射等环境中，气孔关闭，胞间CO2浓度降低，会导致光抑制。此时光呼吸释放CO2，用于光合作用，减少碳损失；消耗高光强产生过多的NADPH和ATP，保护光合结构。 6.二氧化碳的猝发：指在光照突然停止之后释放出大量的二氧化碳的现象。是光合作用停止而光呼吸还在进行造成的。 7.光呼吸与细胞呼吸的区别 (1)反应条件不同：光呼吸的强度大致和光照强度成正比。只有在光照下，CO2浓度降低，O2浓度增高时才进行。 (2)产能情况不同：光呼吸虽然能使有机物分解为CO2，却不产生ATP或NADPH。 能力1 光合磷酸化和氧化磷酸化 能力解读 电子传递链和光合磷酸化 电子传递链和氧化磷酸化 发生的生理作用 光合作用 有氧呼吸 反应过程 不同点 场所 叶绿体类囊体薄膜 线粒体内膜 光照 需要光 不需要光 电子供 体/受体 电子供体是H2O，电子受体是NADP＋ 电子供体是NADH，电子受体是O2 相同点 电子传递过程中所形成的H＋梯度作为动力，在ATP合酶的作用下，催化ADP磷酸化成ATP 【技法拨云见日】 光合磷酸化和氧化磷酸化是细胞能量代谢的核心考点，高考常以概念辨析、过程对比、场所判断、物质/能量变化为考查方向，多在选择题、非选择题的填空/分析题中出现，解题的核心是抓核心区别、记共性特征、辨细节陷阱。 典题示例 1．如图是小麦植株的叶肉细胞进行光合作用的部分示意图，光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是由蛋白质和光合色素组成的复合物，具有吸收、传递、转化光能的作用。下列叙述正确的是(　　) A．图中电子的供体和最终受体分别是H2O和NADPH B．叶绿体基质中H＋的积累，有利于ATP的合成 C．CF0－CF1复合物具有催化ATP合成和运输H＋的作用 D．若降低环境中CO2的浓度，短时间内ATP的含量会下降 2．(2025·阜新模拟)衣藻光合作用过程中电子传递、ATP合成及H＋传递过程如下图。PSⅡ利用光合色素吸收光能，在反应中心将H2O分解为H＋、O2和电子，释放的电子经光合电子传递链依次传递至Fd，被还原的Fd将电子沿3个途径进行分配和利用：①自然条件下，传递给FNR，用于NADPH的合成；②强光高温等胁迫时，重新传递给PQ，形成环式电子传递；③O2浓度低时，传递给氢化酶(H2ase)，用于H2的合成。利用衣藻光合作用产氢是非常有前景的清洁能源生产途径，有助于早日实现“碳达峰、碳中和”。 (1)图中光合电子传递链位于____________(部位)，电子的最初供体是________。 (2)高温胁迫会使PSⅡ反应中心的关键蛋白D1受损，ATP/NADPH的比例降低，此时环式电子传递过程增强，使ATP/NADPH的比例升高，叶绿体可消耗多余的ATP修复受损蛋白。ATP/NADPH比例升高的机制是_____________________________________________________。 (3)已知氢化酶活性与O2浓度呈负相关，D1是一种含硫的蛋白质。在适宜光照、通气条件下，用完全培养液培养衣藻，其光合作用产生的O2的去向是_______________________________________________，此时不会产生H2；为提高衣藻产H2的速率，应使用________培养液，在__________________条件下培养衣藻，理由是_____________________________________________。 能力2 C3植物、C4植物、CAM植物的比较 能力解读 比较项目 C3植物 C4植物 CAM植物 代表植物 小麦、水稻等大多数绿色植物 玉米、高粱等生活在高光照、高温环境的植物 景天科植物，仙人掌科植物，凤梨科植物等(分布在半干旱地区) 维管束鞘细胞 细胞小，不含叶绿体 细胞大；含叶绿体，但其中无基粒 — CO2同化途径(图示) C3途径 C4途径 景天酸代谢途径(CAM途径) 　 注：C4途径和CAM途径中的C4均指苹果酸，但在形成苹果酸之前先生成的是最初固定产物草酰乙酸。 CO2固定受体 C5(RuBP) PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)，C5 白天：PEP；夜晚：C5 CO2固定酶 Rubisco 叶肉细胞：PEP羧化酶； 维管束鞘细胞：Rubisco 夜晚：PEP羧化酶； 白天：Rubisco CO2固定 最初产物 C3(PGA，3－磷酸甘油酸) C4(OAA，草酰乙酸) 白天：C3；夜晚：OAA CO2固定场所 叶肉细胞的叶绿体 叶肉细胞的叶绿体、维管束鞘细胞的叶绿体 叶肉细胞的叶绿体(夜晚，气孔打开) C3还原场所 叶肉细胞的叶绿体 维管束鞘细胞的叶绿体 叶肉细胞的叶绿体(白天，气孔关闭) 说明 C3途径是光合作用同化的基本途径，C4植物和CAM植物形成碳水化合物除了分别需要C4途径和CAM途径外，最终还需要C3途径 典题示例 1.(2025·山东枣庄模拟)小麦、水稻等大多数植物在暗反应阶段，CO2被C5固定以后形成C3，进而被还原成(CH2O)，这类植物称为C3植物。玉米、甘蔗等原产在热带的植物， CO2中的碳首先转移到草酰乙酸(C4)中，然后转移到C3中，这类植物称为C4植物，其固定CO2的途径如图1所示。芦荟、仙人掌等植物白天气孔关闭，夜间气孔开放，这类植物在进化中形成了特殊的固碳途径，如图2所示，这类植物称为CAM植物。(注：PEP羧化酶比RuBP羧化酶对CO2的亲和力更强。) (1)C4植物的光反应和卡尔文循环发生的场所分别是________________、________________。在炎热干旱的夏季中午，与C3植物相比，C4植物的优越性表现为________________________。 (2)CAM植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于________________________过程，夜晚其叶肉细胞能产生ATP的场所是________________________________________________________。 (3) 蝴蝶兰因花色艳丽、花姿优美、开花期长，一直以来深受爱花者的青睐。有人想在室内大量培养蝴蝶兰，又担心植物多，在夜晚会释放大量的CO2不利于健康。请你根据图1、图2的固碳途径，利用CO2传感器， 设计实验探究蝴蝶兰是不是CAM植物(不考虑细胞呼吸的影响)。 实验思路： ___________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 实验结果和结论：_____________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 1.(2025·陕晋宁青卷，17)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：____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 2.(2024·黑吉辽蒙卷，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。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。 在叶绿体中：C5＋CO22C3① C5＋O2C3＋C2② 在线粒体中：2C2＋NAD＋C3＋CO2＋NADH＋H＋③ 注：C2表示不同种类的二碳化合物，C3也类似。 图1 (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 ________________________。 (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_________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 图2 图3 (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_______________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 考向1 C4植物、CAM植物 1.【农业经济作物玉米与学科知识结合】玉米是C4植物，其参与CO2固定的酶有PEP羧化酶和RuBP羧化酶两种，其中PEP羧化酶对CO2的亲和力显著高于RuBP羧化酶，可以把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，如图所示，回答下列问题： (1)维管束鞘细胞叶绿体中C3的还原过程需要光反应的产物__________________提供能量。据图推测，维管束鞘细胞中CO2浓度________(填“高于”或“低于”)叶肉细胞中的CO2浓度；显微镜下观察C4植物玉米的叶片发现，叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构，这种结构可从________________________两个方面提高植物吸收CO2的效率，有利于其适应低浓度CO2环境。 (2)灌浆期是农作物的一个重要生长时期，即光合作用产物输出并储存在籽粒中的阶段，光合作用产物主要以蔗糖的形式输出到籽粒中。实验小组检测了灌浆期给玉米喷施油菜素内酯(BR)对相关酶活性的影响，实验结果如表所示。 组别 PEP羧化酶/ (μmol CO2·h－1·mg－1) RuBP羧化酶/ (μmol CO2·h－1·mg－1) 蔗糖合成酶/ (U g－1·min－1FW) 对照组 48.5 1.68 2.62 外施BR组 63.2 2.85 3.89 分析表格数据，试从两个方面阐述灌浆期喷施BR能提高玉米产量的原因：①________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比，适当波长的光可用于色素含量的测定。若要检测喷施BR能否提高玉米灌浆期叶肉细胞中叶绿素的含量，则应测定喷施BR前后叶片的叶绿体色素提取液对________吸收值的变化。 2.【农业经济作物水稻与学科知识结合】(2025·临沂模拟)叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸，C5的结合与反应方向取决于CO2和O2的相对浓度。水稻叶肉细胞中光呼吸和光合作用的关系如图所示，不考虑叶片呼吸作用的影响。回答下列问题： (1)C3生成糖类的过程中NADPH的作用是____________________________，甘油酸转化为C3会消耗ATP，产生的ADP和Pi在叶绿体中被再利用的途径是_________________。 (2)光呼吸中C5与O2结合的反应场所是叶绿体的__________；光呼吸过程__________(填“提高”“降低”或“不改变”)水稻光合作用效率，若要提高水稻产量，可通过适当升高CO2浓度达到增产目的，据图解释其原理是______________________________________________ ________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)研究人员利用基因工程构建了一条新的“光呼吸支路”，使光呼吸的中间产物乙醇酸直接在叶绿体内被催化并最终完全分解为CO2，并将这条支路定位在水稻叶绿体中，大大提高了水稻的产量。结合题干信息分析水稻产量提高的机制是_______________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 考向2 光呼吸、光抑制与光保护 3.(2025·青铜鸣联考)当植物吸收的光能超过其所需时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制，叶绿体中的叶绿素与D1等蛋白结合构成光系统Ⅱ，在光能过剩时活性氧的大量累积可直接破坏D1蛋白，且抑制D1蛋白的合成，从而加剧光抑制。被破坏的D1降解后，空出相应的位置，新合成的D1才能占据相应位置，光系统Ⅱ得以修复。为探究高温胁迫对植物光合速率的影响机理，研究者进行了如下实验： 实验一：以野生型番茄植株为实验材料进行探究，在实验第3天时测定相关实验数据如表所示(R酶参与暗反应)。 组别 温度 气孔导度/(mmol·m－2·s－1) O2释放速率/(μmol· m－2·s－1) 胞间CO2浓度/ppm R酶活性/(U·mL－1) 甲 25 ℃ 99.2 11.8 282 172 乙 40 ℃ 30.8 1.1 403 51 实验二：已知CLH能促进被破坏的D1降解。研究者以野生型番茄植株和CLH基因缺失的突变体植株为实验材料进行相关实验，测得实验结果如图曲线所示。 注：第1天之前为25 ℃，第1～3天为40 ℃，第4～5天为25 ℃。 (1)分析实验一表中数据，乙组番茄植株气孔导度明显降低，但研究者判断CO2浓度不是限制光合速率的因素，依据是____________________________________________________________________, 请推测造成其光合速率较低的内部因素可能是______________________________________________ ____________________________________________________________________。 (2)表中数据显示，高温胁迫下番茄植株光反应速率减慢，分析其原因是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 (3)结合实验二曲线图，请从D1蛋白的角度分析，突变型植株光合速率较低的原因是_______________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 (4)综合上述信息，从D1蛋白降解与合成的角度，分析高温胁迫条件下野生型植株光系统Ⅱ未完全修复的原因是________________________________________________________。 情境拓展·科技前沿（2024-2026热点聚焦） 人工光合系统 1.人工细胞 人工细胞是模拟天然细胞关键特征(如分隔结构、物质交换、代谢反应、信号响应等)的人工组装体，包括膜系统、内部功能组分及能量供应系统等。对于理解生命的奥秘具有重要意义，目前科学家已经人工合成了一种能够进行光合作用，将光能转化为化学能用于自身成分合成的简单细胞。该人工合成细胞由脂质膜包裹，内含蛋白质合成系统、含有ATP合酶和细菌视紫红质(一种光合色素)的膜结构、DNA等。 2.人工模拟光合作用 淀粉主要由绿色植物通过光合作用固定二氧化碳进行合成。但通过光合作用生产淀粉的过程存在能量利用效率低、生长周期长的特点。为解决粮食危机，科研人员建立了人工淀粉合成代谢途径(ASAP)，利用化学催化剂将高浓度CO2在高密度氢能作用下还原成一碳化合物(C1)，然后通过设计构建C1聚合新酶，依据化学聚糖反应原理将一碳化合物聚合成三碳化合物(C3)， 一、单选题 1．（2025·宁夏吴忠·一模）CAM光合途径是指植物的气孔在夜晚张开，进行CO2吸收并转化成苹果酸以主动运输的方式转入液泡中，气孔在白天关闭，储存的苹果酸经过脱羧释放出CO2用于光合作用。而C3植物仅有C3光合途径，即气孔在白天张开以吸收CO2进行光合作用，且无苹果酸合成、转运和脱羧过程。铁皮石斛作为一种兼性CAM植物，其光合作用模式会根据光照环境的变化，在CAM途径与C3途径之间转换。下列相关推测不合理的是（    ） A．高温干旱条件下，铁皮石斛在暗期的气孔开放程度可能大于光期 B．铁皮石斛细胞中液泡的pH在暗期降低、光期上升 C．铁皮石斛暗期的CO2吸收速率较光期低，说明铁皮石斛在暗期的光合速率低于光期 D．铁皮石斛在暗期吸收的CO2可缓解光期CO2吸收不足，进而提高光合速率 二、解答题 2．（25-26高三上·广东梅州·期末）仙人掌是适应白天温度高而夜间温度低这种生长环境的植物。它的气孔在夜晚开放、白天关闭，这种无机碳的浓缩途径称为“景天酸代谢（CAM途径）”。如图为仙人掌叶肉细胞中发生的部分代谢过程。回答下列问题： (1)仙人掌从外界吸收CO2的时间段是_______。 (2)夜间，仙人掌将CO2最终通过生成_______（物质）直接储存在液泡中。在夜间虽然有CO2，但仙人掌的叶肉细胞并不进行暗反应，从光合作用过程和条件的角度分析，可能的原因是_______（答一点）。 (3)白天仙人掌的气孔处于关闭状态，这对于其适应生长环境的优势是_______。 (4)仙人掌叶肉细胞将CO2固定为C3发生的具体场所是_______。若用14C标记CO2，请用箭头表示14CO2中碳原子在暗反应过程中的转移路径：_______。 3．（25-26高三上·安徽阜阳·期末）以景天科植物为代表的多种植物体内具有特殊的CO2固定方式，即CAM途径，又称为景天酸代谢途径，其夜间气孔开放，固定CO2产生苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用，基本过程如图1所示。请据图回答下列问题： (1)景天科植物叶肉细胞内CO2固定的直接产物是___________。 (2)景天科植物叶肉细胞液泡中pH白天高于晚上，其原因是___________。该植物细胞在夜间能吸收CO2，却不能合成糖类等有机物的原因是___________。 (3)请从适应性的角度分析，景天科植物夜晚开启气孔、白天关闭气孔的意义是___________。 (4)研究发现，气孔的开放与保卫细胞的细胞壁松弛有关，细胞内pH的下降可导致细胞壁松弛。图2表示该类植物叶片内有机酸含量的昼夜变化，据此推测，该类植物夜间气孔开放的机理是___________。 4．（2025·辽宁·二模）多肉植物白凤（如图1）是景天科植物，由于起源地光照充足、水分稀缺，其白天气孔几乎处于完全关闭的状态，因此具有特殊的CO2利用方式（称为CAM途径，如图2）。夜间气孔开放，细胞中磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）作为CO2接受体，在PEP羧化酶催化下形成草酰乙酸（OAA），再还原成苹果酸并储存于液泡中。白天苹果酸进行脱羧释放CO2。回答下列问题： (1)白凤的气孔在白天关闭夜间开放，其意义在于________。从形态方面分析，白凤能适应干旱环境的特点为________（写出1点）。具有CAM途径的多肉植物的卡尔文循环发生在 ③ （填“白天”或“夜间”），原因是只有白天才能进行 ④ 。 (2)白凤细胞中光合作用利用的CO2来源于_______两个途径，有氧呼吸第二阶段利用的丙酮酸来源于_______两个途径。 (3)研究表明，白凤在0—4点、20—24点气孔处于完全开放状态，10—16点气孔处于完全关闭的状态，请在图中绘出一昼夜内其CO2的吸收速率曲线（绘出趋势即可）__________。 (4)基于这类植物特殊的CO2利用方式，其10—16点的净光合速率不能用植物CO2的吸收速率来表示。请写出一种表示净光合速率的指标：__________。 5．（2025·陕西宝鸡·二模）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，过程如图所示。回答下列问题： (1)夜晚 CO₂固定于苹果酸的过程属于____（填“吸能”或“放能”）反应。④过程需要的能量物质是____。 (2)白天八宝景天叶肉细胞进行光合作用所需的 CO₂来自____。 (3)研究人员进一步研究了干旱胁迫对光合产物分配的影响：将长势一致的吐絮期棉株平均分成三组，其中一组为对照组，另两组设置为中度干旱和严重干旱组，相同条件下，光合作用一段时间后，测定主茎叶中¹⁴C 在不同部位光合产物中的分布情况，得到下表中的数据： 不同干旱胁迫吐絮期上部主茎叶中¹⁴C 光合产物的分配（%） 处理 对照 中度干旱 严重干旱 处理 对照 中度干旱 严重干旱 饲喂叶 54.33 52.48 50.57 果枝其他 0.57 0.27 0.21 第二果节铃 1.78 31.46 40.86 上位果枝 0.12 0.05 0.05 第二果节叶 0.07 0.07 0.06 下位果枝 0.13 0.22 0.31 第三果节铃 0.01 0 0 其他 42.96 15.45 8.14 第三果节叶 0.04 0 0 ①由表中数据可知，主茎叶中的光合产物主要分布在____中，____条件下，饲喂叶向下位果枝运输的光合产物比例最大。 ②大多数植物在干旱条件下，气孔会以数十分钟为周期进行周期性的闭合，称为“气孔振荡”，“气孔振荡”是植物对干旱条件的一种适应性反应，有利于植物生理活动的正常进行，原因______。 学科网(北京)股份有限公司 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 / 学科网（北京）股份有限公司 $