专题2 专题强化训练6 光呼吸、C4植物和CAM植物-【备考最优解】2026版高考二轮专题复习·生物学（教用word）

专题强化训练6　光呼吸、C4植物和CAM植物 1．(2025·辽宁朝阳高三模拟)Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。回答下列问题： (1)蓝细菌具有CO2浓缩机制，如下图所示。 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 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，从而通过促进__________和抑制__________，提高光合效率。 (2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的____________中观察到羧化体。 (3)研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HCO和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上该转基因植株暗反应水平应________，光反应水平应________，从而提高光合速率。 解析：(1)据题图分析，CO2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CO2转运蛋白协助并消耗能量，为主动运输过程。蓝细菌通过CO2浓缩机制使羧化体中Rubisco周围的CO2浓度升高，通过促进CO2固定，同时抑制O2与C5结合，进而抑制光呼吸，最终提高光合效率。(2)植物细胞暗反应的场所为叶绿体基质，若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的叶绿体基质中观察到羧化体。(3)若转入HCO和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上可以增大羧化体中CO2的浓度，使转基因植株暗反应水平提高，进而消耗更多的NADPH和ATP，使光反应水平也随之提高，从而提高光合速率。 答案：(1)自由扩散　主动运输　CO2固定　O2与C5结合　(2)叶绿体基质　(3)提高　提高 2．(2025·辽宁葫芦岛高三期末)光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和O2/CO2的值异常时发生的一种生理过程，其生理过程如图1所示，图2为实验小组研究大豆植株在低氧(2%O2)和正常氧浓度(21%O2)条件下，净光合速率随光照强度变化的实验结果(其他外界条件均适宜)，回答下列问题： (1)根据图1可知，Rubisco是一种双功能酶，其________(填“具有”或“不具有”)专一性。其催化方向取决于CO2和O2的相对浓度，在较高CO2浓度环境中，Rubisco催化的反应产物主要是_______________________________________________________。 (2)结合图1分析，光照强度相同时，高O2含量环境下大豆植株的净光合速率较低的原因是________________________________。分析图2可知，AC段限制大豆植株光合速率的环境因素主要有________________________。图2中B点时，大豆叶肉细胞的光合速率__________(填“大于”“小于”或“等于”)呼吸速率。 (3)绿色植物细胞中能够产生CO2的场所是__________________。高温干旱的环境下，叶肉细胞的光呼吸作用更强，其原因是____________________________________________________________ _______________________________________________________； 此时光呼吸增强对植物光合作用的积极意义是_________________________________________________________。 解析：(1)据图1可知，在较高CO2浓度环境中，Rubisco主要催化C5和CO2结合生成2分子C3，故在较高CO2浓度环境中，Rubisco催化的反应产物主要是C3。(2)光照强度相同时，高O2含量环境下大豆植株中Rubisco催化O2和C5结合生成1分子C3和一分子C2，高CO2条件下可生成2分子C3，高O2含量环境下植物会进行光呼吸，更多的C5和O2结合产生C3和C2，导致进行光合作用的C3减少，从而使光合速率下降。AC段中，在C点前，随着光照强度的增加，净光合速率增加，与2%的O2浓度相比，21%的O2浓度下植株的净光合速率较低，说明AC段影响植株光合速率的主要因素是光照强度和O2浓度。图2中B点时，植物的净光合速率为0，说明植物所有叶肉细胞光合作用之和与植物体所有细胞呼吸作用之和相等，故叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率。(3)绿色植物的细胞进行无氧呼吸和有氧呼吸都能产生CO2，故其能够产生CO2的场所是细胞质基质和线粒体。高温条件下，植物气孔大量关闭，胞间CO2浓度减小，O2所占比例相对增大，从而促进光呼吸过程，此时光呼吸能为植物提供更多的CO2，从而促进光合作用。 答案：(1)具有　C3　(2)高O2含量环境下，植物会进行光呼吸，更多的C5和O2结合产生C3和C2，导致进行光合作用的C3减少，从而使光合速率下降　光照强度和O2浓度　大于　(3)细胞质基质和线粒体　高温干旱导致植物气孔大量关闭，胞间CO2浓度减小，O2所占比例相对增大，从而促进光呼吸过程　光呼吸能为植物提供更多的CO2，从而促进光合作用 3．(2025·山东枣庄高三模拟)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) 据图回答下列问题： (1)C4植物的光反应发生在________细胞。在炎热干旱夏季的中午，C4植物比C3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，又担心植物过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否是CAM植物。 实验思路：_______________________________________________ _______________________________________________________。 实验结果和结论：_________________________________________ _______________________________________________________。 解析：(1)结合题图1可知，叶肉细胞的叶绿体中有类囊体而没有RuBP羧化酶，因此可以进行光反应，不能进行暗反应；C4植物的PEP羧化酶活性较强，对CO2的亲和力很大，该酶起“二氧化碳泵”的作用，把外界CO2“压”进维管束鞘薄壁细胞中，增加维管束鞘薄壁细胞中的CO2。所以，在炎热干旱的环境中，叶片关闭气孔以减少水分的散失，导致叶片中CO2浓度大大下降，在这样的环境中，C4植物在较低CO2浓度时光合速率高于C3植物。(2)结合题图2可知，CAM植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于呼吸过程的释放和苹果酸分解；夜晚其叶肉细胞能产生ATP的过程是呼吸作用，场所是细胞质基质和线粒体。(3)CAM植物白天气孔关闭、夜间气孔开放，因此要设计实验探究蝴蝶兰是否是CAM植物，可将蝴蝶兰培养在透明的密闭容器内，置于自然环境中，利用CO2传感器测定容器中白天和夜晚CO2含量变化的差异，若白天CO2含量不变，晚上CO2含量下降，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。 答案：(1)叶肉　炎热干旱夏季的中午，植物气孔大量关闭，外界CO2不易进入细胞，细胞内CO2浓度较低，而C4植物的PEP羧化酶比RuBP羧化酶对CO2的亲和力更强，可以利用低浓度的CO2　(2)苹果酸分解和细胞呼吸(有氧呼吸)　细胞质基质和线粒体　(3)在自然环境下的透明密闭装置内种植蝴蝶兰，利用CO2传感器测定其白天和夜晚CO2含量变化的差异　若密闭容器内白天CO2含量不变，晚上CO2含量下降，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 4．(2025·百师联盟高三联考)甘蔗和菠萝是我国南方重要的经济作物。菠萝光合作用固定CO2有两个途径，晚上气孔开放，从外界吸收CO2并以苹果酸的形式储存在液泡中，白天气孔部分或全部关闭，CO2来自细胞内部，菠萝的CO2固定途径如图1所示；甘蔗光合作用能固定低浓度CO2生成C4，其CO2固定途径如图2所示；甘蔗和菠萝都能适应干旱环境。图3为温度和光照强度对甘蔗光合速率的影响曲线，光照强度为5 klx时两曲线相交。回答下列问题： (1)光合作用过程中，光合色素吸收的光能用于驱动水的分解和__________________物质的合成。图2中物质X是________，维管束鞘细胞不能进行光合作用的________过程，原因是__________________________________________________。 (2)甘蔗能适应干旱环境是因为叶肉细胞中的P酶与CO2的亲和力________(填“高”或“低”)；将菠萝置于干旱条件下培养，一段时间后，其叶肉细胞细胞液的pH在晚上会降低，原因是________________________________________________，菠萝进行卡尔文循环所需CO2的来源是_______________________________。 (3)图3中25 ℃条件下，光照强度为5 klx时甘蔗的真正光合速率________(填“大于”“等于”或“小于”)P点代表的真正光合速率，两条曲线的相交点表示的含义为_______________________。 解析：(1)叶绿体中光合色素吸收的光能有以下两方面用途：一是将水分解为氧和H＋，H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP，ATP、NADPH为暗反应中C3的还原提供能量。物质X与CO2结合生成C3，故X是C5。在维管束鞘细胞中只能进行光合作用的暗反应，从结构上分析，其原因可能是维管束鞘细胞的叶绿体中没有基粒，无法吸收和转化光能，故不能进行光反应。(2)与C3植物相比，甘蔗等C4植物叶肉细胞中固定CO2的P酶与CO2的亲和力更高，故C4可以利用低浓度的CO2，使得C4植物对干旱环境的适应能力强。由图1可知，由于夜间菠萝叶肉细胞合成苹果酸，夜间细胞呼吸产生CO2形成H2CO3，所以菠萝叶肉细胞夜间pH下降。菠萝叶肉细胞夜间气孔开放，吸收的CO2转化成苹果酸储存在液泡中，白天气孔部分或全部关闭，液泡中的苹果酸脱羧会释放出CO2用于光合作用；同时，细胞呼吸会产生CO2，也能为光合作用提供原料。(3)图3中，在25 ℃条件下，5 klx光照强度时的真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝6＋4＝10，P点代表的真正光合速率＝8＋2＝10，故5 klx光照强度时的真正光合速率等于P点代表的真正光合速率。该曲线表示光照强度对净光合速率的影响，两条曲线的交点处表示25 ℃和15 ℃条件下，光照强度为5 klx时两者净光合速率相等。 答案：(1)ATP、NADPH　C5　光反应　维管束鞘细胞的叶绿体中没有基粒(或类囊体)　(2)高　夜间叶肉细胞合成苹果酸，细胞呼吸产生CO2形成H2CO3　呼吸作用和苹果酸脱羧作用　(3)等于　净光合速率相等 学科网（北京）股份有限公司 $