2026届高三二轮复习生物： 光呼吸与光抑制、C4途径和CAM途径（模式图）课件

光呼吸与光抑制、C4途径和CAM途径 高中生物 二轮复习 内容索引 第一部分 追踪集训　融会贯通 第三部分 真题引领　明晰方向 第二部分 知识归纳　拓展思维 真题引领　明晰方向 第 分 部 一 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： (1)反应①是CO2的固定过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质和线粒体基质。 CO2的固定 细胞质基质 线粒体基质 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、第二、第三个阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜。有氧呼吸第一个阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH，并释放少量能量；第二个阶段是丙酮酸和水反应生成CO2和NADH，并释放少量能量。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)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，还可来自光呼吸和细胞呼吸(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7—10时，随着光照强度的增加，转基因株系1和2光呼吸速率降低，净光合速率比WT更高。据图3中的数据不能(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是总光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率＋光呼吸速率，由图示不能得出株系1的细胞呼吸速率和光呼吸速率，故不能计算出其总光合速率。 光呼吸 细胞呼吸 7—10时，随着光照强度的增加，转基因株系1和2光呼吸速率降低，净光合速率比WT更高 不能 总光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率＋光呼吸速率，由图示不能得出株系1的细胞呼吸速率和光呼吸速率，故不能计算出其总光合速率 解析：(3)由图1可知，在线粒体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、细胞呼吸。7—10时，随着光照强度的增加，转基因株系1和2光呼吸速率降低，由题干可知，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程，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＋细胞呼吸速率＋光呼吸速率，由图示无法得出株系1的细胞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。 (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，判断的依据是相同光照强度和CO2浓度下，株系1的净光合速率最高，积累的有机物最多。 解析：(4)由图2、图3可知，相同光照强度和CO2浓度下，转基因株系1的净光合速率最大，有机物积累量最多，因此选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势。 相同光照强度和CO2浓度下，株系1的净光合速率最高，积累的有机物最多 【思维导图】 知识归纳　拓展思维 第 分 部 二 1．光呼吸 ①光呼吸是指绿色植物在光照情况下吸收O2，将叶绿体中的C5分解产生CO2的过程。光呼吸是光合作用一个损耗能量的副反应。 ②与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体。光呼吸发生的条件是光照、高O2含量和低CO2含量等。 ③在干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP，又可以为暗反应阶段提供原料，因此光呼吸对植物有重要意义。 2．光抑制 植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。 (1)光抑制的机理：光合系统的破坏，PSⅡ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果是电子传递受阻，光合效率下降。 (2)光抑制的主要防御机制 ①减少光吸收，植物体也可以通过叶运动(减小叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。 ②增加热耗散 a．当依赖能量的叶绿素荧光猝灭增加时，通过增加激发能的热耗散可以部分避免光抑制。降低光饱和条件下的PSⅡ的光化学效率，可以避免光抑制破坏的发生。 b．在强光下非光辐射能量耗散增加的同时，玉米黄素含量增加，玉米黄素与激发态的叶绿素作用，从而耗散其激发能，保护光合机构免受过量光能破坏。 ③进行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止强光和CO2亏缺条件下发生光抑制。 3．景天科植物(CAM途径) (1)仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合于干旱地区生长，其特点是气孔夜间开放，吸收并固定CO2，形成以苹果酸为主的有机酸，贮存于液泡中；白天则气孔关闭，不吸收CO2，但同时却通过卡尔文循环将从苹果酸中释放的CO2还原为糖，该机制也称CAM途径。 (2)该途径除维持光合作用外，还能避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。参与CO2转化的细胞器除了叶绿体之外，还有线粒体和液泡。 4．C4植物(C4途径) (1)玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，适于在高温、干燥和强光的条件下生长。 (2)C4植物叶肉细胞的叶绿体和维管束鞘细胞的叶绿体共同完成CO2的固定。 (3)在高温、光照强烈和干旱的条件下，绿色植物的气孔大量关闭。这时，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用(通过CO2泵转变为高浓度的CO2环境)。 追踪集训　融会贯通 第 分 部 三 1．(2025·广东广州二模)RuBP羧化(或加氧)酶缩写为Rubisco，当CO2浓度高时，Rubisco催化C5与CO2反应；当O2浓度高时，Rubisco催化C5与O2经过一系列化学反应，消耗ATP和NADPH，生成CO2和C3，这一过程称为光呼吸。如图为小麦叶肉细胞中的部分生理活动过程，大写字母代表相应的物质。下列叙述不合理的是(　 　) D A．A表示NADPH，B表示NADP＋，C表示ADP＋Pi，D表示ATP，F表示RuBP B．夏季晴朗的中午出现“午休现象”时，植物光呼吸会有所增强 C．Rubisco位于叶绿体基质，玉米(C4植物)通常比小麦(C3植物)光呼吸作用弱 D．光呼吸过程消耗ATP、NADPH，与光反应相反，不利于植物细胞的正常生长 解析：由图可知，H＋＋B→A，故A表示NADPH，B表示NADP＋，光反应过程由C形成D，则C表示ADP＋Pi，D表示ATP，F表示RuBP，即C5，A正确；夏季晴朗的中午出现“午休现象”时，大量气孔关闭，进入叶肉细胞的CO2减少，但光反应正常进行，导致叶肉细胞内O2浓度较高，O2和C5结合的概率增加，因此植物光呼吸的强度较平常会有所增大，B正确；Rubisco位于叶绿体基质，玉米(C4植物)通常比小麦(C3植物)的光呼吸作用弱，因为玉米能利用较低浓度的CO2，C正确；植物细胞产生的ATP和NADPH过多时会破坏细胞，光呼吸能消耗光反应阶段生成的多余的ATP和NADPH，故光呼吸有利于植物细胞的正常生长，D错误。 2．(2025·广东广州一模)2022年，我国科学家利用高光敏感的拟南芥突变体揭示了植物光适应的一种新机制。该突变体由正常光强转移到高光强条件时，光合速率显著下降，表现出典型的光抑制现象。研究发现其叶绿体中NAD磷酸激酶基因缺失，NAD磷酸激酶催化NAD＋生成NADP＋。图1是光合作用的部分过程，其中PSⅠ和PSⅡ组成光反应系统。图2是野生型与突变型的叶绿体内NADP＋和NADPH的含量。 回答下列问题： (1)图1所示的生物膜是类囊体薄膜。 类囊体薄膜 解析：(1)光反应阶段是在类囊体薄膜上进行的。所以图1所示的生物膜是类囊体薄膜。 (2)据图2结果，可推测在暗反应过程中，突变型拟南芥的C3还原速率低于(填“高于”“等于”或“低于”)野生型拟南芥的。 解析：(2)据图2结果，野生型拟南芥体内的NADP＋与NADPH含量均高于突变型，说明野生型拟南芥体内光合作用中的暗反应所需的NADPH量高于突变型拟南芥，因此可推测在暗反应过程中，突变型拟南芥的C3还原速率低于野生型拟南芥的。 低于 (3)研究发现该突变型拟南芥中由psaA—psaB蛋白复合体组成的PSⅠ功能受损，进一步研究发现野生型拟南芥叶绿体的psaA—psaB mRNA与核糖体的结合率明显大于突变型拟南芥。结合上述研究，推测NAD磷酸激酶间接影响PSⅠ功能的机制是NAD磷酸激酶催化NAD＋生成NADP＋，形成更多的NADPH，更多的还原剂促进了psaA—psaB mRNA与核糖体的结合，促进psaA蛋白与psaB蛋白的合成，进而促进PSⅠ的生成。 解析：(3)若NAD磷酸激酶间接影响PSⅠ功能的机制是NAD磷酸激酶催化NAD＋生成NADP＋，则野生型拟南芥可以形成更多的NADPH，这些更多的还原剂可以促进psaA—psaB mRNA与核糖体的结合，提高mRNA与核糖体的结合率，促进psaA蛋白与psaB蛋白的合成，从而促进PSⅠ的生成。 形成更多的NADPH 促进psaA蛋白与psaB蛋白的合成 (4)为验证NAD磷酸激酶具有缓解光抑制从而提升拟南芥光适应能力的作用。研究小组设置A、B、C组进行实验，A组为野生型拟南芥，B组为突变型拟南芥，C组为　导入了NAD磷酸激酶基因的突变型拟南芥，三组均给予强光照射，并在相同且适宜的条件下培养，测定并比较三组拟南芥光合作用的速率。预期结果为A组和C组光合作用的速率相当，且高于B组。 解析：(4)为验证NAD磷酸激酶具有缓解光抑制从而提升拟南芥光适应能力的作用，可以设置A、B、C组进行实验，A组为野生型拟南芥，作为对照组，B组为突变型拟南芥，C组为导入了NAD磷酸激酶基因的突变型拟南芥，三组均给予强光照射，并在相同且适宜的条件下培养，测定并比较三组拟南芥光合作用的速率。若NAD磷酸激酶具有缓解光抑制从而提升拟南芥光适应能力的作用，则预期结果应是A组和C组光合作用的速率无明显差异，且高于B组。 导入了NAD磷酸激酶基因的突变型拟南芥 A组和C组光合作用 的速率相当，且高于B组 3．(2025·黑龙江哈尔滨二模)自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种途径。根据以下资料回答问题： 资料(一) 小麦是C3植物，进行C3途径，如图1：也称卡尔文循环，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。 资料(二) 玉米是C4植物，进行C4途径，如图2：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，进而生成有机物。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用能力(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)，并且无光合午休现象。 资料(三) 菠萝是CAM植物，夜间吸收CO2，经过一系列转化生成苹果酸储存在液泡中，细胞液pH下降。而白天气孔关闭，苹果酸间接参与卡尔文循环，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。 (1)图1是小麦碳元素代谢途径的示意图。①②③④代表的是物质，A、B、C、D代表的是生理过程。③代表的物质是ADP和Pi；从有氧呼吸的角度分析，NAD＋在小麦细胞的有氧呼吸第一、第二阶段被消耗。 解析：(1)在光合作用暗反应过程中，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。从有氧呼吸角度分析，NAD＋在有氧呼吸第一、第二阶段接受氢形成NADH，所以NAD＋在有氧呼吸第一、第二阶段被消耗。 ADP和Pi 有氧呼吸第一、第二 (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C5和C5、PEP。 解析：(2)依据资料(一)和(二)，C3植物(如小麦)中，CO2与RuBP(C5)结合；C4植物(如玉米)中，CO2与RuBP(C5)和磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)结合。 C5 C5、PEP (3)结合图2，在玉米叶肉细胞中CO2被整合到C4化合物后，最终在维管束鞘细胞的叶绿体基质(或维管束鞘细胞的叶绿体)(填场所)中生成有机物。 维管束鞘细胞的 叶绿体基质(或维管束鞘细胞的叶绿体) 解析：(3)由资料(二)可知，玉米是C4植物，叶肉细胞中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)结合图3，菠萝在夜晚吸收的CO2能不能立即用于C3途径？不能(填“能”或“不能”)，可能的原因是没有光照，光反应不能正常进行，无法为暗反应提供足够的ATP和NADPH。 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的 ATP和NADPH 解析：(4)菠萝在夜晚吸收的CO2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。 (5)植物的C3途径、C4途径、CAM途径都是植物制造有机物的途径，但只有C3途径是植物的碳同化的基本途径，依据三个资料，分析其原因：C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 解析：(5)结合资料可知，C4途径和CAM途径都只是在固定CO2方面有特殊机制，但最终合成有机物都还是通过C3途径(卡尔文循环)来完成，所以C3途径是植物碳同化的基本途径。 C4途径和CAM途径都 只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物 谢谢观看！ (2024·黑吉辽卷)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2的值低时，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。 在叶绿体中：C5＋CO22C3　① 　　 C5＋O2C3＋C2　② 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 $