专题2 争分点突破3 光呼吸、C4植物、CAM植物-【步步高·大二轮专题复习】2025年高考生物复习讲义课件(冀赣) (课件PPT+word教案)

　光呼吸、C4植物、CAM植物 1．C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2方式的比较 (1)比较C4植物、CAM植物固定CO2的方式 相同点：都对CO2进行了两次固定。 不同点：C4植物两次固定CO2是空间上错开；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 (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。 ②Rubisco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为适应高光照及高O2低CO2的条件下，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 反应条件不同：光呼吸的强度大致和光强度成正比。只有在光照下，CO2浓度降低，O2浓度增高时才进行。 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。 素养表达 1．CAM植物的叶肉细胞，在夜晚____(填“是”或“否”)进行暗反应生成有机物，原因是________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案　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CO2进行暂时固定，不进行暗反应 2．CAM植物中CO2固定的途径和发生时间分别是___________________________________。 答案　CAM途径：夜晚；卡尔文循环：白天 3．CAM植物夜晚细胞中的pH会下降的原因： ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案　夜晚细胞固定CO2，生成苹果酸储存在液泡中 4．C4植物固定CO2的途径和发生的场所分别是 ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案　C4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．晴朗的夏季中午，水稻会出现“光合午休”现象，此时光合作用速率明显减弱，而CO2生成量明显增加，其原因是_______________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案　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 1．(2021·全国乙，29节选)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： (1)光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和____________释放的CO2。 (2)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式(简要写出实验思路和预期结果)。 答案　(1)细胞呼吸　(2)实验思路：植物甲在干旱的环境条件下(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。 2．(2024·广东，20节选)某湖泊曾处于重度富营养化状态，水面漂浮着大量浮游藻类。管理部门通过控源、清淤、换水以及引种沉水植物等手段，成功实现了水体生态恢复。引种的3种多年生草本沉水植物(①金鱼藻、②黑藻、③苦草，答题时植物名称可用对应序号表示)在不同光照强度下光合速率见图。 回答下列问题： (1)生态恢复后，该湖泊形成了以上述3种草本沉水植物为优势的群落垂直结构，从湖底到水面依次是______________，其原因是_______________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (2)上述3种草本沉水植物中只有黑藻具C4光合作用途径(浓缩CO2形成高浓度C4后，再分解成CO2传递给C5)使其在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用，在水生植物群落中竞争力较强。根据图示设计一个简单的实验方案，验证黑藻的碳浓缩优势，完成下列表格。 实验设计方案 实验材料 对照组：______；实验组：黑藻 实验条件 控制光照强度为________μmol·m－2·s－1；营养及环境条件相同且适宜，培养时间相同 控制条件 测量指标 答案　(1)③(苦草)、②(黑藻)、①(金鱼藻)　最大光合速率对应的光照强度依次升高　(2)①(金鱼藻)　500　CO2浓度较低且相同　O2释放量 解析　(1)根据图示的结果分析可知，③(苦草)最大光合速率对应的光照强度最低，适合生长在弱光条件，①(金鱼藻)最大光合速率对应光照强度最高，适合生长在光照较强的环境，从湖底到水面光照强度依次增大，因此，从湖底到水面的草本沉水植物依次是③(苦草)、②(黑藻)、①(金鱼藻)。(2)从题图可以看出，相同光照强度下，黑藻的光合速率与金鱼藻较接近，苦草的光合速率相对较低，该实验目的是验证黑藻的碳浓缩优势，实验的自变量是实验材料的种类，由于相同条件下，黑藻的光合速率与金鱼藻较接近，因此选择金鱼藻为对照组；光照强度、培养时间、营养及环境条件为无关变量，实验过程中要保持相同且适宜，图示中光照强度为500 μmol·m－2·s－1时，黑藻和金鱼藻的光合速率相同，且相对较高，所以控制光照强度为500 μmol·m－2·s－1；根据题干信息“在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用”可推出控制条件为CO2浓度较低且相同；该实验的因变量是两种藻类的光合速率，可以用O2释放量作为测量指标，反映其大小。 3．(2024·重庆，18节选)重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的光饱和(光合速率不再随光照强度增加而增加)和光抑制(光能过剩导致光合速率降低)现象。 (1)探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员对黄连的光合特征进行了研究，结果见图1。推测光照强度对黄连生长的影响主要表现为___________________________________________。 黄连叶片适应弱光的特征有_____________________________________________________ ________________________________________________________________________(答2点)。 (2)黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏(主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体)，为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向(图2)的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括______________(多选)。 ①叶片叶绿体避光运动　②提高光合产物生成速率　③自由基清除能力增强　④提高叶绿素含量　⑤增强热耗散 (3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用是_____________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案　(1)黄连在弱光时随光照强度增加生长快速达到最大，光照过强其生长受到抑制　叶片较薄，叶绿素较多(叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更大)　(2)①②③⑤　 (3)合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应 解析　(1)由图1净光合速率曲线可知，光照强度对黄连生长的影响主要表现为在弱光时随光照强度增加生长快速达到最大，光照过强其生长受到抑制；弱光时，可通过增加受光面积或增加光合色素的含量来增加光合速率，所以黄连叶片适应弱光的特征有叶片较薄，叶绿素较多(叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更大)。(2)为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向的比例，由图2可看出光能的主要去向为热消耗，所以黄连提升修复能力等防御机制，具体可包括⑤增强热耗散；①叶片叶绿体避光运动：减少对光的吸收；②提高光合产物生成速率，从而提高光合速率消耗更多的光能；③自由基清除能力增强：减少对光合结构的破坏。而④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收不能减轻光抑制。(3)为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用有合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应，合理密植等。 4．(2021·辽宁，22节选)早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390 μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题： (1)海水中的无机碳主要以CO2和HCO两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中HCO浓度最高的场所是________________(填“细胞外”“细胞质基质”或“叶绿体”)，可为图示过程提供ATP的生理过程有________________。 (2)某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HCO转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度。由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力________(填“高于”“低于”或“等于”)Rubisco。 (3)通过转基因技术或蛋白质工程技术，能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有________。 A．改造植物的HCO转运蛋白基因，增强HCO的运输能力 B．改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成 C．改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力 D．将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物 答案　(1)叶绿体　呼吸作用和光合作用　(2)高于　(3)ACD 5．(2023·湖南，17节选)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L－1(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反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度________(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是___________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(答出三点即可)。 (2)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ (答出三点即可)。 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CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘细胞内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸　(2)酶的活性达到最大，对CO2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 6．(2024·黑吉辽，21节选)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： (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_____________________________________________________________________________。 答案　(1)CO2的固定　(2)细胞质基质　线粒体基质　(3)光呼吸　细胞呼吸　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，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＝净光合速率＋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CO2浓度，无法得出呼吸速率 1．玉米是一种生活在高温、高光强环境的农作物，存在于其叶肉细胞中的PEP羧化酶(PEPC)具有高CO2亲和力，可在低浓度CO2条件下高效固定CO2，PEPC把叶肉细胞中的CO2转化成C4，C4被运入维管束鞘细胞后会释放CO2参与卡尔文循环，PEPC起到了“CO2泵”的作用。 玉米的光合作用需要叶肉细胞和维管束鞘细胞共同完成，图示为两类细胞在叶片中的位置示意图。请回答问题： 图中的维管束鞘的外侧紧密连接一层环状的叶肉细胞，组成了花环型结构。结合“花环型”结构和“CO2泵”，解释C4植物光合作用效率高的原因：__________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 答案　“花环型”结构中，四周的叶肉细胞中含PEPC，可以利用低浓度CO2生成C4，C4从四周被运入维管束鞘细胞后，释放高浓度CO2，光合作用原料增加 2．多肉植物因形态可爱越来越受到人们的欢迎。这类植物一般夜晚气孔张开，吸收CO2并固定在一种四碳化合物中；白天气孔关闭，由四碳化合物分解产生的CO2进行固定和还原。回答下列问题： (1)在叶绿体中，由四碳化合物分解产生的CO2的固定和还原所需要的条件是__________(填“有光”“黑暗”或“有光或黑暗”)，需要______反应阶段为其提供______和________。 (2)若晴朗白天突然降低环境中CO2浓度，多肉植物的光合作用强度基本不受影响，说明多肉植物白天所利用的CO2的来源是___________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)某同学将多肉植物置于密闭容器内进行遮光处理，测定容器内CO2的增加量，并以单位时间内CO2的增加量作为该植物的呼吸速率。你认为这种做法合理吗？________，原因是_______________________________________________________________________________。 答案　(1)有光　光　ATP　NADPH　(2)四碳化合物分解和细胞呼吸产生　(3)不合理　多肉植物在遮光条件下进行细胞呼吸产生CO2，但同时也吸收CO2并固定在四碳化合物中，所以容器内单位时间CO2的增加量不能作为该植物的呼吸速率 3．起源于热带的玉米，除了和其他C3植物(如花生)一样具有卡尔文循环(简称C3途径)外，还存在另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物是四碳化合物(C4)，简称C4途径，玉米也被称为C4植物。图甲表示花生和玉米的光合作用部分途径示意图，研究发现C4植物中PEPC酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍；图乙表示夏季晴朗的白天，玉米和花生净光合速率(单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)的变化曲线。请回答下列问题： (1)写出玉米光合作用中CO2中碳转化成有机物(CH2O)中碳的转移途径___________(用箭头和符号表示)。 (2)图乙中花生净光合速率在11：00左右明显减弱的主要原因是________________________ _______________________________________________________________________________， 而此时玉米净光合速率仍然很高的原因是___________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)玉米具有此特殊光合作用途径的意义是__________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案　(1)CO2→C4→CO2→C3→有机物　(2)植物蒸腾作用加强，叶片部分气孔关闭，吸收CO2减少，导致光合作用降低　玉米中的PEPC酶与CO2的亲和力高，对CO2的利用率高，可以利用低浓度CO2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、干旱环境，既能保持体内水分，又能进行高效的光合作用 4．炎热干燥的天气往往会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中的R酶的双功能性，当CO2与O2浓度之比较高时，R酶能够催化CO2与C5反应生成C3，反之，当CO2与O2浓度之比较低时，光呼吸水平增加，R酶就会更多地催化C5与O2反应生成乙醇酸(C2)，C2最后在相应细胞器中可转化成C3和CO2。请完成以下问题： (1)炎热干燥的天气导致植物出现光呼吸的原因是___________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 (2)比较光呼吸与植物细胞有氧呼吸的不同点： _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________(描述三个方面)。 (3)研究发现，水稻等作物的光合产物有较大比例要消耗在光呼吸底物上。那么，这些作物中光呼吸存在的意义是___________________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 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，CO2吸收减少，光合作用产生的O2在叶片中堆积，使得CO2与O2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O2和C5生成乙醇酸和C3，有氧呼吸利用葡萄糖和O2生成CO2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 刷有所得　光呼吸与暗呼吸的比较 比较项目 光呼吸 暗呼吸(有氧呼吸) 反应条件 光照 光或暗都可以 能量 消耗能量(消耗ATP和NADPH) 产生能量 共同点 消耗氧气，放出二氧化碳 专题强化练 1～5题每题6分，6～7题每题7分，共44分 1．(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是(　　) A．Rubisco存在于细胞质基质中 B．激活Rubisco需要黑暗条件 C．Rubisco催化CO2固定需要ATP D．Rubisco催化C5和CO2结合 答案　D 解析　Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisco催化CO2的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。 2．(2023·天津，9)如图是某绿藻适应水生环境，提高光合效率的机制图。光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成。下列叙述错误的是(　　) A．物质X通过提高有氧呼吸水平促进HCO进入细胞质基质 B．HCO利用通道蛋白从细胞质基质进入叶绿体基质 C．水光解产生的H＋提高类囊体腔CO2水平，促进CO2进入叶绿体基质 D．光反应通过确保暗反应的CO2的供应帮助该绿藻适应水环境 答案　B 解析　HCO进入叶绿体基质也需要线粒体产生的ATP供能，属于主动运输，通道蛋白只能参与协助扩散，B错误。 3．(2024·邯郸高三模拟)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。白天的时候苹果酸含量下降，而糖类含量增多，夜晚则相反。如图为该植物的气孔开闭、CO2吸收量、液泡有机酸含量在24 h内的变化。下列有关叙述错误的是(　　) A．a、b曲线分别表示CO2吸收量、有机酸含量 B．将植物甲的叶片分组，分别置于正常环境和干旱环境中培养，测定叶肉细胞的苹果酸含量，可验证该植物固定CO2的方式 C．白天和夜间每隔一段时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片，测定叶肉细胞的苹果酸含量，可验证该植物固定CO2的方式 D．这类植物晚上气孔打开，吸收CO2生成苹果酸，白天气孔关闭，苹果酸发生反应释放的CO2用于光合作用 答案　B 解析　验证该植物固定CO2的方式实验的自变量是时间(白天和夜晚)，不是干旱环境和正常环境，B错误，C正确。 4．科学研究发现，C4植物中固定CO2的酶与CO2的亲和力比C3植物的更强，适合在高温环境中生长。现将取自甲、乙两种植物且面积相等的叶片分别放置到相同大小的密闭小室中，在温度均为25 ℃的条件下给予充足的光照，每隔一段时间测定一次小室中的CO2浓度，结果如图所示。下列说法正确的是(　　) A．图中甲植物、乙植物分别为C4植物和C3植物 B．M点处两种植物叶片的光合速率相等 C．C4植物中固定CO2的酶附着在叶绿体内膜上 D．40 min时乙植物叶肉细胞光合速率大于呼吸速率 答案　D 解析　图中甲植物、乙植物分别为C3植物和C4植物，A错误；据题中条件无法判断两种植物的呼吸速率，因此不能判断M点处两种植物叶片的光合速率相等，B错误；C4植物中固定CO2的酶存在于叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质中，C错误；40 min时乙植物叶片光合速率等于呼吸速率，因此叶肉细胞光合速率大于呼吸速率，D正确。 5．研究发现，强光照条件下植物叶肉细胞会进行光呼吸。光呼吸是由于O2竞争性地结合卡尔文循环关键酶Rubisco造成的。该酶既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反应，产物经一系列变化后在线粒体中生成CO2，如图所示。下列说法正确的是(　　) A．Rubisco是一个双功能酶，不具备专一性 B．光呼吸可以消耗掉多余的O2，减少自由基产生，降低对细胞结构的损伤 C．较强的光呼吸对光合作用产物的积累是很有利的 D．持续强光照时突然停止光照，CO2释放量先减少后增加至稳定 答案　B 解析　酶的专一性是指酶能够催化一种或一类化学反应，Rubisco既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反应，但仍具有专一性，A错误；较强的光呼吸会消耗较多的光反应产物ATP和NADPH，使光合作用减弱，因此对光合作用产物的积累是不利的，C错误；持续强光照时突然停止光照，光合作用会减弱，而光呼吸并未立即停止，因此CO2释放量先增加，随着光呼吸的消失，只剩细胞呼吸释放CO2，故CO2释放量减少，然后稳定，D错误。 6．(多选)(2024·沧州高三联考)甘蔗、玉米是常见的C4植物，C4植物的叶片具有特殊的花环结构，其叶肉细胞中的叶绿体有类囊体但没有Rubisco，而维管束鞘细胞中的叶绿体没有类囊体但有Rubisco。C4植物的光合作用过程如图所示，已知PEP羧化酶对CO2的亲和力远高于Rubisco。下列相关叙述错误的是(　　) A．维管束鞘细胞可以通过卡尔文循环制造糖类 B．叶肉细胞可以通过光反应产生ATP和NADPH C．甘蔗、玉米等C4植物具有较高的CO2补偿点 D．甘蔗、玉米等C4植物具有明显的“光合午休”现象 答案　CD 解析　暗反应过程也称作卡尔文循环，由于维管束鞘细胞中的叶绿体没有类囊体但有Rubisco，该酶参与暗反应过程，所以维管束鞘细胞可以通过卡尔文循环制造糖类，A正确；叶肉细胞中的叶绿体有类囊体，光反应阶段的场所在类囊体薄膜，因此叶肉细胞可以通过光反应产生O2、ATP和NADPH，B正确；C4植物叶肉细胞中存在PEP羧化酶，由于PEP羧化酶对CO2的亲和力远高于Rubisco，所以在CO2浓度较低时，PEP羧化酶可催化CO2与C3结合形成C4，C4从叶肉细胞运输至维管束鞘细胞，分解产生高浓度CO2，用于暗反应，因此C4植物对低浓度CO2具有富集作用，提高光合速率，所以甘蔗、玉米等C4植物具有较低的CO2补偿点，C错误；“光合午休”现象是由于气温升高，植物为减少蒸腾作用而关闭大部分的气孔，吸收CO2减少，光合速率下降的现象，C4植物存在C4途径，一般没有“光合午休”现象，D错误。 7．(多选)生长于热带干旱地区的景天科植物白天气孔开放程度小，夜间开放程度大，经过长期适应和进化形成独特的固定CO2的方式，如图所示。下列说法正确的是(　　) A．景天科植物白天气孔开放程度小，防止蒸腾作用过度 B．景天科植物夜间CO2净吸收速率可能大于0 C．景天科植物白天pH小于夜间，利于暗反应进行 D．景天科植物在夜间不能将CO2转化为糖类等光合产物 答案　ABD 解析　景天科植物采用苹果酸代谢途径，白天气孔开放程度小，可减少水分的流失，防止其在白天蒸腾作用过度，A正确；景天科植物白天气孔开放程度小，夜间气孔开放程度大，吸收的CO2可以合成苹果酸，故其夜间CO2净吸收速率可能大于0，B正确；景天科植物CO2固定后能够在夜间转化为酸性物质储存起来，而白天苹果酸分解形成CO2用于暗反应，故其白天pH大于夜间，C错误；由于景天科植物在夜间没有光反应提供的ATP和NADPH，所以不能将CO2转化为糖类等光合产物，D正确。 8．(14分)为助力“碳达峰”“碳中和”，研究人员通过研究光呼吸，拟在植物体内构建人工代谢途径以进一步提高植物的固碳能力。光呼吸与光合作用相伴发生，其过程如图所示： (1)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)，该过程称为光呼吸。生产实际中，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：_________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (2)R酶起作用的场所是______________。干旱条件下，暗反应受到__________(填“促进”或“抑制”)，光呼吸可以消耗光反应积累的______________。 (3)研究人员利用水稻自身的基因成功构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路，并成功将支路导入水稻叶绿体，该支路的作用是使光呼吸的中间产物C2直接在叶绿体内代谢释放CO2，显著提高了水稻的光合速率和产量。请分析原因：______________________________ _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案　(1)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　(2)叶绿体基质　抑制　NADPH和ATP　(3)光呼吸使一部分碳以CO2的形式散失，GOC支路使光呼吸产生的CO2直接在叶绿体内释放，提高了CO2的利用率 解析　(1)CO2是光合作用暗反应过程的原料，一方面，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；另一方面，CO2浓度升高还可促进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，有利于有机物的积累，故生产实际中，可以通过适当升高CO2浓度达到增产的目的。(2)根据题意可知，R酶可催化CO2与C5结合生成C3，该过程是暗反应过程，说明R酶起作用的场所是叶绿体基质；干旱条件下，植物部分气孔会关闭，CO2的吸收减少，暗反应受到抑制；光呼吸可以消耗光反应积累的NADPH和ATP。(3)根据题意可知，GOC支路的作用是使光呼吸的中间产物C2直接在叶绿体内代谢释放CO2，光呼吸使一部分碳以CO2的形式散失，GOC支路使光呼吸产生的CO2直接在叶绿体内释放，提高了CO2的利用率，故显著提高了水稻的光合速率和产量。 9．(22分)(2024·廊坊高三质检)根据光合作用中CO2的固定方式，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。图1和图2分别是C3植物和C4植物利用CO2的途径。请据图回答下列问题： (1)图1中所示过程发生在叶肉细胞叶绿体的________结构中。________(填“C3”或“C4”)植物适合生活在干旱地区，判定理由是_____________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (2)C3植物和C4植物CO2的固定方式可以用__________法进行研究，该研究中自变量是________________，观察指标是________________________。 (3)不同程度的干旱对某种C3植物光合作用的净光合速率、气孔导度(大小与气孔开度呈正相关)、胞间CO2浓度影响如图3所示。 ①据图3分析15%和20%的干旱在96 h时，干旱不是主要通过气孔导度影响净光合速率，判定理由是_______________________________________________________________________。 ②测定某种C4植物15%干旱条件下48 h的净光合速率与24 h相比并未出现明显下降，结合图1、图2、图3分析原因：_____________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案　(1)基质　C4　干旱地区植物白天气孔容易关闭，导致植物体内的CO2浓度下降，C4植物比C3植物固定CO2的能力更强，因此更适应此环境　(2)同位素示踪　植物种类和时间　带放射性标记的化合物种类　(3)①15%和20%的干旱在96 h时，胞间CO2浓度高于其他组别，因此干旱不是主要通过气孔导度影响净光合速率　②15%干旱条件下24 h～48 h时，C3植物气孔导度下降会导致胞间CO2降低，但C4植物可利用“CO2泵”将低浓度CO2转为高浓度CO2，从而减小对净光合速率的影响 解析　(2)可以用同位素示踪法研究C3植物和C4植物的CO2固定方式，通过观察随时间变化细胞内出现带放射性标记化合物的种类进行研究，因此自变量为植物种类和时间，因变量为带放射性标记的化合物种类。 10．(20分)植物的光呼吸是在光下消耗O2并释放CO2的过程，会导致光合作用减弱、作物减产。研究人员为获得光诱导型高产水稻，在其叶绿体内构建一条光呼吸支路(GMA途径)。回答下列问题： (1)图1所示光呼吸过程中，O2与CO2竞争结合______，抑制了光合作用中的________________阶段。同时乙醇酸从叶绿体进入过氧化物酶体在G酶的参与下进行代谢，造成碳流失进而导致水稻减产。 (2)研究人员将外源G酶、A酶和M酶的基因导入水稻细胞，使其在光诱导下表达，并在叶绿体中发挥作用。检测发现，转基因水稻的净光合速率、植株干重等方面均高于对照组。可利用图2所示模型解释其原因，但图中存在两处错误，请圈出并改正。 (3)研究人员测定了转基因水稻叶片中外源G酶基因的表达量，以及G酶总表达量随时间的变化情况(图3)。 ①外源G酶基因表达量与PFD(代表光合有效光辐射强度)大致呈正相关，仅在14时明显下降，由此推测外源G酶基因表达除光强外，还可能受______________________等因素的影响。 ②据图3可知，12～14时_________________________，推测此时段转基因水稻光呼吸增强。 (4)茎中光合产物的堆积会降低水稻结实率而减产，而本研究中GMA途径的改造并未降低水稻的结实率。结合上述研究将以下说法排序成合理解释：尽管GMA途径促进叶片产生较多光合产物→____________→水稻茎中有机物不至于过度堆积而保证结实率。 A．光呼吸增强使得光合产物未爆发式增加 B．光合产物可以及时运输到籽粒 C．G酶表达量的动态变化，使中午进入GMA途径的乙醇酸未显著增加 答案　(1)R酶　暗反应(或CO2的固定)　(2)“A酶”改为“G酶、M酶、A酶”；GMA途径使得CO2/O2↑　(3)①气孔导度、CO2浓度、温度　②内源G酶表达量显著升高　(4)C→A→B 学科网（北京）股份有限公司 $光呼吸、C4植物、CAM植物 争分点突破 3　 一 核心提炼 1.C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2方式的比较 (1)比较C4植物、CAM植物固定CO2 的方式 相同点：都对CO2进行了两次固定。 不同点：C4植物两次固定CO2是空 间上错开；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途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 3 2.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。 ②Rubisco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为适应高光照及高O2低CO2的条件下，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 反应条件不同：光呼吸的强度大致和光强度成正比。只有在光照下，CO2浓度降低，O2浓度增高时才进行。 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。 1.CAM植物的叶肉细胞，在夜晚____(填“是”或“否”)进行暗反应生成有机物，原因是_________________________________________ ______________________________________________________。 2.CAM植物中CO2固定的途径和发生时间分别是__________________ _________________。 3.CAM植物夜晚细胞中的pH会下降的原因：_____________________ _____________________。 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CO2进行暂时固定，不进行暗反应 CAM途径：夜晚； 卡尔文循环：白天 夜晚细胞固定CO2，生 成苹果酸储存在液泡中 素养表达 4.C4植物固定CO2的途径和发生的场所分别是____________________ _________________________________________________。 5.晴朗的夏季中午，水稻会出现“光合午休”现象，此时光合作用速率明显减弱，而CO2生成量明显增加，其原因是__________________ _______________________________________________________________________________。 C4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 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 素养表达 二 真题演练 1.(2021·全国乙，29节选)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： (1)光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和__________释放的CO2。 细胞呼吸 (2)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式(简要写出实验思路和预期结果)。 答案　实验思路：植物甲在干旱的环境条件下(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。 2.(2024·广东，20节选)某湖泊曾处于重度富营养化状态，水面漂浮着大量浮游藻类。管理部门通过控源、清淤、换水以及引种沉水植物等手段，成功实现了水体生态恢复。引种的3种多年生草本沉水植物(①金鱼藻、②黑藻、③苦草，答题时植物名称可用对应序号表示)在不同光照强度下光合速率见图。 回答下列问题： (1)生态恢复后，该湖泊形成了以上述3种草本沉水植物为优势的群落垂直结构，从湖底到水面依次是______________________________，其原因是___________________________________。 ③(苦草)、②(黑藻)、①(金鱼藻) 最大光合速率对应的光照强度依次升高 根据图示的结果分析可知，③(苦草)最大光合速率对应的光照强度最低，适合生长在弱光条件，①(金鱼藻)最大光合速率对应光照强度最高，适合生长在光照较强的环境，从湖底到水面光照强度依次增大，因此，从湖底到水面的草本沉水植物依次是③(苦草)、②(黑藻)、①(金鱼藻)。 (2)题述3种草本沉水植物中只有黑藻具C4光合作用途径(浓缩CO2形成高浓度C4后，再分解成CO2传递给C5)使其在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用，在水生植物群落中竞争力较强。 根据图示设计一个简单的实验方案，验证黑藻的碳浓缩优势，完成下列表格。 实验设计方案 实验材料 对照组：__________；实验组：黑藻 实验条件 控制光照强度为______μmol·m－2·s－1；营养及环境条件相同且适宜，培养时间相同 控制条件   测量指标   ①(金鱼藻) 500 CO2浓度较低且相同 O2释放量 从题图可以看出，相同光照强度下，黑 藻的光合速率与金鱼藻较接近，苦草的 光合速率相对较低，该实验目的是验证 黑藻的碳浓缩优势，实验的自变量是实 验材料的种类，由于相同条件下，黑藻 的光合速率与金鱼藻较接近，因此选择 金鱼藻为对照组；光照强度、培养时间、 营养及环境条件为无关变量，实验过程中要保持相同且适宜，图示中光照强度为500 μmol·m－2·s－1时，黑藻和金鱼藻的光合速率相同，且相对较高，所以控制光照强度为500 μmol·m－2·s－1； 根据题干信息“在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用”可推出控制条件为CO2浓度较低且相同；该实验的因变量是两种藻类的光合速率，可以用O2释放量作为测量指标，反映其大小。 3.(2024·重庆，18节选)重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的光饱和(光合速率不再随光照强度增加而增加)和光抑制(光能过剩导致光合速率降低)现象。 (1)探寻提高黄连产量的技术措施，研 究人员对黄连的光合特征进行了研究， 结果见图1。推测光照强度对黄连生长 的影响主要表现为_________________ _________________________________ ___________________。黄连叶片适应 弱光的特征有___________________________________________________ _____________________(答2点)。 黄连在弱光时随光 照强度增加生长快速达到最大，光照过强其生长受到抑制 叶片较薄，叶绿素较多(叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶 绿体类囊体膜面积更大) 由图1净光合速率曲线可知，光照 强度对黄连生长的影响主要表现为 在弱光时随光照强度增加生长快速 达到最大，光照过强其生长受到抑 制；弱光时，可通过增加受光面积 或增加光合色素的含量来增加光合 速率，所以黄连叶片适应弱光的特 征有叶片较薄，叶绿素较多(叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更大)。 (2)黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光 合结构被破坏(主要受损的部位是位于类囊体 薄膜上的色素蛋白复合体)，为减轻光抑制， 黄连能采取调节光能在叶片上各去向(图2)的 比例，提升修复能力等防御机制，具体可包 括_________(多选)。 ①叶片叶绿体避光运动　②提高光合产物生成速率　③自由基清除能力增强　④提高叶绿素含量　⑤增强热耗散 ①②③⑤ 为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在 叶片上各去向的比例，由图2可看出光能 的主要去向为热消耗，所以黄连提升修 复能力等防御机制，具体可包括⑤增强 热耗散；①叶片叶绿体避光运动：减少 对光的吸收；②提高光合产物生成速率， 从而提高光合速率消耗更多的光能；③自由基清除能力增强：减少对光合结构的破坏。而④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收不能减轻光抑制。 (3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用是___________________________ ___________________。 合理施肥增加光合面积，补充 二氧化碳提高暗反应 为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用有合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应，合理密植等。 4.(2021·辽宁，22节选)早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390 μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题： (1)海水中的无机碳主要以CO2和 两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中 浓度最高的场所是________(填“细胞外”“细胞质基质”或“叶绿体”)，可为图示过程提供ATP的生理过程有___________________。 叶绿体 呼吸作用和光合作用 (2)某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将 转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度。由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力______(填“高于”“低于”或“等于”)Rubisco。 高于 (3)通过转基因技术或蛋白质工程技术，能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有______。 A.改造植物的 转运蛋白基因，增强 的运输能力 B.改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成 C.改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力 D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物 ACD 5.(2023·湖南，17节选)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol· L－1(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反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度______(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是____________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。 高于 下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘细胞内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸 高光照条件 (2)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是__________________ ___________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。 对CO2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 酶的活性达到最大， 6.(2024·黑吉辽，21节选)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： (1)反应①是___________过程。 CO2的固定 (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___________。 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_______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_______________________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 光呼吸 细胞呼吸 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，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程 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_________________________________________________________ _______________________________________________________。 不能 总光合速率＝净光合速率＋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CO2浓度，无法得出呼吸速率 三 模拟预测 1.玉米是一种生活在高温、高光强环境的农作物，存在于其叶肉细胞中的PEP羧化酶(PEPC)具有高CO2亲和力，可在低浓度CO2条件下高效固定CO2，PEPC把叶肉细胞中的CO2转化成C4，C4被运入维管束鞘细胞后会释放CO2参与卡尔文循环，PEPC起到了“CO2泵”的作用。 玉米的光合作用需要叶肉细胞和维管束鞘细胞共同完成，图示为两类细胞在叶片中的位置示意图。 请回答问题： 图中的维管束鞘的外侧紧密连接一层环状的 叶肉细胞，组成了花环型结构。结合“花环 型”结构和“CO2泵”，解释C4植物光合作 用效率高的原因：______________________ ______________________________________ ______________________________________ _____________________________________。 “花环型”结构中，四 周的叶肉细胞中含PEPC，可以利用低浓度CO2生成C4，C4从四周被运入维管束鞘细胞后，释放高浓度CO2，光合作用原料增加 2.多肉植物因形态可爱越来越受到人们的欢迎。这类植物一般夜晚气孔张开，吸收CO2并固定在一种四碳化合物中；白天气孔关闭，由四碳化合物分解产生的CO2进行固定和还原。回答下列问题： (1)在叶绿体中，由四碳化合物分解产生的CO2的固定和还原所需要的条件是______(填“有光”“黑暗”或“有光或黑暗”)，需要____反应阶段为其提供_____和_________。 有光 光 ATP NADPH (2)若晴朗白天突然降低环境中CO2浓度，多肉植物的光合作用强度基本不受影响，说明多肉植物白天所利用的CO2的来源是_________________ _____________。 (3)某同学将多肉植物置于密闭容器内进行遮光处理，测定容器内CO2的增加量，并以单位时间内CO2的增加量作为该植物的呼吸速率。你认为这种做法合理吗？________，原因是_______________________________ _______________________________________________________________ ____________________________________________。 四碳化合物分解和 细胞呼吸产生 不合理 多肉植物在遮光条件下进行细胞 呼吸产生CO2，但同时也吸收CO2并固定在四碳化合物中，所以容器内单位时间CO2的增加量不能作为该植物的呼吸速率 3.起源于热带的玉米，除了和其他C3植物(如花生)一样具有卡尔文循环(简称C3途径)外，还存在另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物是四碳化合物(C4)，简称C4途径，玉米也被称为C4植物。图甲表示花生和玉米的光合作用部分途径示意图，研究发现C4植物中PEPC酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍；图乙表示夏季晴朗的白天，玉米和花生净光合速率(单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)的变化曲线。请回答下列问题： (1)写出玉米光合作用中CO2中碳转化成有机物(CH2O)中碳的转移途径__________________________(用箭头和符号表示)。 CO2→C4→CO2→C3→有机物 (2)图乙中花生净光合速率在11：00左右明显减弱的主要原因是___________________ ___________________________________________________，而此时玉米净光合速率仍然很高的原因是_____________________ _____________________________________ ______________________________________________________________。 植物蒸腾作用加强， 叶片部分气孔关闭，吸收CO2减少，导致光合作用降低 玉米中的PEPC酶与CO2 的亲和力高，对CO2的利用率高，可以利用低浓度CO2进行光合作用，叶片部分气孔关闭对其光合作用无影响 (3)玉米具有此特殊光合作用途径的意义是__________________________ _____________________________________________。 适应高温、强光照、干旱环 境，既能保持体内水分，又能进行高效的光合作用 4.炎热干燥的天气往往会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中的R酶的双功能性，当CO2与O2浓度之比较高时，R酶能够催化CO2与C5反应生成C3，反之，当CO2与O2浓度之比较低时，光呼吸水平增加，R酶就会更多地催化C5与O2反应生成乙醇酸(C2)，C2最后在相应细胞器中可转化成C3和CO2。请完成以下问题： (1)炎热干燥的天气导致植物出现光呼吸的 原因是______________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ _________________________。 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，CO2吸收减少，光合作用产生的O2在叶片中堆积，使得CO2与O2浓度之比降低，光呼吸水平增加 (2)比较光呼吸与植物细胞有氧呼吸的不同点： _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________(描述三个方面)。 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O2和C5生成乙醇酸和C3，有氧呼吸利用葡萄糖和O2生成CO2和水　 (3)研究发现，水稻等作物的光合产物有 较大比例要消耗在光呼吸底物上。那么， 这些作物中光呼吸存在的意义是_______ ___________________________________ ___________________________________ _______________________________。 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 避免光 光呼吸与暗呼吸的比较 比较项目 光呼吸 暗呼吸(有氧呼吸) 反应条件 光照 光或暗都可以 能量 消耗能量(消耗ATP和NADPH) 产生能量 共同点 消耗氧气，放出二氧化碳 刷有所得 四 专题强化练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 对一对 题号 1 2 3 4 5 6 7 答案 D B B D B CD ABD 题号 8 答案 (1)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　(2)叶绿体基质　抑制　NADPH和ATP　(3)光呼吸使一部分碳以CO2的形式散失，GOC支路使光呼吸产生的CO2直接在叶绿体内释放，提高了CO2的利用率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 对一对 题号 9 答案 (1)基质　C4　干旱地区植物白天气孔容易关闭，导致植物体内的CO2浓度下降，C4植物比C3植物固定CO2的能力更强，因此更适应此环境　(2)同位素示踪　植物种类和时间　带放射性标记的化合物种类　(3)①15%和20%的干旱在96 h时，胞间CO2浓度高于其他组别，因此干旱不是主要通过气孔导度影响净光合速率　②15%干旱条件下24 h～48 h时，C3植物气孔导度下降会导致胞间CO2降低，但C4植物可利用“CO2泵”将低浓度CO2转为高浓度CO2，从而减小对净光合速率的影响 题号 10 答案 (1)R酶　暗反应(或CO2的固定)　(2)“A酶”改为“G酶、M酶、A酶”；GMA途径使得CO2/O2↑　(3)①气孔导度、CO2浓度、温度　②内源G酶表达量显著升高 (4)C→A→B 答案 1.(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是 A.Rubisco存在于细胞质基质中 B.激活Rubisco需要黑暗条件 C.Rubisco催化CO2固定需要ATP D.Rubisco催化C5和CO2结合 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误； 暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误； Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误； Rubisco催化CO2的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 2.(2023·天津，9)如图是某绿藻适应水生环境，提高光合效率的机制图。光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成。下列叙述错误的是 A.物质X通过提高有氧呼吸水平 促进 进入细胞质基质 B. 利用通道蛋白从细胞质 基质进入叶绿体基质 C.水光解产生的H＋提高类囊体 腔CO2水平，促进CO2进入叶绿体基质 D.光反应通过确保暗反应的CO2的供应帮助该绿藻适应水环境 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 进入叶绿体基质也需要线粒体产生的ATP供能，属于主动运输，通道蛋白只能参与协助扩散，B错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 3.(2024·邯郸高三模拟)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。白天的时候苹果酸含量下降，而糖类含量增多，夜晚则相反。如图为该植物的气孔开闭、CO2吸收量、液泡有机酸含量在24 h内的变化。下列有关叙述错误的是 A.a、b曲线分别表示CO2吸收量、有机酸含量 B.将植物甲的叶片分组，分别置于正常环境 和干旱环境中培养，测定叶肉细胞的苹果 酸含量，可验证该植物固定CO2的方式 C.白天和夜间每隔一段时间取干旱条件下生 长的植物甲的叶片，测定叶肉细胞的苹果 酸含量，可验证该植物固定CO2的方式 D.这类植物晚上气孔打开，吸收CO2生成苹果酸，白天气孔关闭，苹果酸发生反应释 放的CO2用于光合作用 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 验证该植物固定CO2的方式实验的自变量是时间(白天和夜晚)，不是干旱环境和正常环境，B错误，C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 4.科学研究发现，C4植物中固定CO2的酶与CO2的亲和力比C3植物的更强，适合在高温环境中生长。现将取自甲、乙两种植物且面积相等的叶片分别放置到相同大小的密闭小室中，在温度均为25 ℃的条件下给予充足的光照，每隔一段时间测定一次小室中的CO2浓度，结果如图所示。下列说法正确的是 A.图中甲植物、乙植物分别为C4植物和C3植物 B.M点处两种植物叶片的光合速率相等 C.C4植物中固定CO2的酶附着在叶绿体内膜上 D.40 min时乙植物叶肉细胞光合速率大于呼吸速率 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 图中甲植物、乙植物分别为C3植物和C4植 物，A错误； 据题中条件无法判断两种植物的呼吸速率， 因此不能判断M点处两种植物叶片的光合 速率相等，B错误； C4植物中固定CO2的酶存在于叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质中，C错误； 40 min时乙植物叶片光合速率等于呼吸速率，因此叶肉细胞光合速率大于呼吸速率，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 5.研究发现，强光照条件下植物叶肉细胞会进行光呼吸。光呼吸是由于O2竞争性地结合卡尔文循环关键酶Rubisco造成的。该酶既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反应，产物经一系列变化后在线粒体中生成CO2，如图所示。下列说法正确的是 A.Rubisco是一个双功能酶，不具备 专一性 B.光呼吸可以消耗掉多余的O2，减 少自由基产生，降低对细胞结构 的损伤 C.较强的光呼吸对光合作用产物的积累是很有利的 D.持续强光照时突然停止光照，CO2释放量先减少后增加至稳定 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 酶的专一性是指酶能够催化一种 或一类化学反应，Rubisco既能催 化C5与CO2反应，完成光合作用； 也能催化C5与O2反应，但仍具有 专一性，A错误； 较强的光呼吸会消耗较多的光反应产物ATP和NADPH，使光合作用减弱，因此对光合作用产物的积累是不利的，C错误； 持续强光照时突然停止光照，光合作用会减弱，而光呼吸并未立即停止，因此CO2释放量先增加，随着光呼吸的消失，只剩细胞呼吸释放CO2，故CO2释放量减少，然后稳定，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 6.(多选)(2024·沧州高三联考)甘蔗、玉米是常见的C4植物，C4植物的叶片具有特殊的花环结构，其叶肉细胞中的叶绿体有类囊体但没有Rubisco，而维管束鞘细胞中的叶绿体没有类囊体但有Rubisco。C4植物的光合作用过程如图所示，已知PEP羧化酶对CO2的亲和力远高于Rubisco。下列相关叙述错误的是 A.维管束鞘细胞可以通过卡尔文 循环制造糖类 B.叶肉细胞可以通过光反应产生 ATP和NADPH C.甘蔗、玉米等C4植物具有较高的CO2补偿点 D.甘蔗、玉米等C4植物具有明显的“光合午休”现象 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 √ 暗反应过程也称作卡尔文 循环，由于维管束鞘细胞 中的叶绿体没有类囊体但 有Rubisco，该酶参与暗反 应过程，所以维管束鞘细胞可以通过卡尔文循环制造糖类，A正确； 叶肉细胞中的叶绿体有类囊体，光反应阶段的场所在类囊体薄膜，因此叶肉细胞可以通过光反应产生O2、ATP和NADPH，B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C4植物叶肉细胞中存在PEP 羧化酶，由于PEP羧化酶对 CO2的亲和力远高于Rubisco， 所以在CO2浓度较低时，PEP 羧化酶可催化CO2与C3结合形成C4，C4从叶肉细胞运输至维管束鞘细胞，分解产生高浓度CO2，用于暗反应，因此C4植物对低浓度CO2具有富集作用，提高光合速率，所以甘蔗、玉米等C4植物具有较低的CO2补偿点，C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 “光合午休”现象是由于 气温升高，植物为减少蒸 腾作用而关闭大部分的气 孔，吸收CO2减少，光合 速率下降的现象，C4植物存在C4途径，一般没有“光合午休”现象，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 7.(多选)生长于热带干旱地区的景天科植物白天气孔开放程度小，夜间开放程度大，经过长期适应和进化形成独特的固定CO2的方式，如图所示。下列说法正确的是 A.景天科植物白天气孔开放程度小，防止蒸 腾作用过度 B.景天科植物夜间CO2净吸收速率可能大于0 C.景天科植物白天pH小于夜间，利于暗反应 进行 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D.景天科植物在夜间不能将CO2转化为糖类等光合产物 √ √ √ 景天科植物采用苹果酸代谢途径，白天气孔开放程度小，可减少水分的流失，防止其在白天蒸腾作用过度，A正确； 景天科植物白天气孔开放程度小，夜间气孔开放程度大，吸收的CO2可以合成苹果酸，故其夜间CO2净吸收速率可能大于0，B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 景天科植物CO2固定后能够在夜间转化为酸性物质储存起来，而白天苹果酸分解形成CO2用于暗反应，故其白天pH大于夜间，C错误； 由于景天科植物在夜间没有光反应提供的ATP和NADPH，所以不能将CO2转化为糖类等光合产物，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 8.为助力“碳达峰”“碳中和”，研究人员通过研究光呼吸，拟在植物体内构建人工代谢途径以进一步提高植物的固碳能力。光呼吸与光合作用相伴发生，其过程如图所示： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 (1)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)， 该过程称为光呼吸。生产实际中，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：_________________________________________________________________________________________________________________________________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 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 CO2是光合作用暗反应过程的原料， 一方面，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；另一方面，CO2浓度升 高还可促进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，有利于有机物的积累，故生产实际中，可以通过适当升高CO2浓度达到增产的目的。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 (2)R酶起作用的场所是___________。干旱条件下，暗反应受到______(填“促进”或“抑制”)，光呼吸可以消耗光反应积累的______________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 叶绿体基质 抑制 NADPH和ATP 根据题意可知，R酶可催化CO2与C5结合生成C3，该过程是暗反应过程，说明R酶起作用的场所是叶绿体基质；干旱条件下，植物部分气孔会关闭，CO2的吸收减少，暗反应受到抑制；光呼吸可以消耗光反应积累的NADPH和ATP。 (3)研究人员利用水稻自身的基因成功 构建了一条新的光呼吸支路，简称 GOC支路，并成功将支路导入水稻叶 绿体，该支路的作用是使光呼吸的中 间产物C2直接在叶绿体内代谢释放CO2， 显著提高了水稻的光合速率和产量。请分析原因：___________________ __________________________________________________________________________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 光呼吸使一部分碳以 CO2的形式散失，GOC支路使光呼吸产生的CO2直接在叶绿体内释放，提高了CO2的利用率 根据题意可知，GOC支路的作用是 使光呼吸的中间产物C2直接在叶绿 体内代谢释放CO2，光呼吸使一部 分碳以CO2的形式散失，GOC支路 使光呼吸产生的CO2直接在叶绿体 内释放，提高了CO2的利用率，故显著提高了水稻的光合速率和产量。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 9.(2024·廊坊高三质检)根据光合作用中CO2的固定方式，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。图1和图2分别是C3植物和C4植物利用CO2的途径。请据图回答下列问题： (1)图1中所示过程发生在叶肉细胞叶绿体的______结构中。____(填“C3”或“C4”)植物适合生活在干旱地区，判定理由是____________________ __________________________________________________________________________________________。 基质 C4 干旱地区植物白天气孔 容易关闭，导致植物体内的CO2浓度下降，C4植物比C3植物固定CO2的能力更强，因此更适应此环境　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 (2)C3植物和C4植物CO2的固定方式可以用___________法进行研究，该研究中自变量是_______________，观察指标是________________________。 同位素示踪 植物种类和时间 带放射性标记的化合物种类 可以用同位素示踪法研究C3植物和C4植物的CO2固定方式，通过观察随时间变化细胞内出现带放射性标记化合物的种类进行研究，因此自变量为植物种类和时间，因变量为带放射性标记的化合物种类。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 (3)不同程度的干旱对某种C3植物光合作用的净光合速率、气孔导度(大小与气孔开度呈正相关)、胞间CO2浓度影响如图3所示。 ①据图3分析15%和20%的干旱在96 h时，干旱不是主要通过气孔导度影响净光合速率，判定理由是__________ _______________________________________________________________________________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 15%和20% 的干旱在96 h时，胞间CO2浓度高于其他组别，因此干旱不是主要通过气孔导度影响净光合速率 ②测定某种C4植物15%干旱条件下48 h的净光合速率与24 h相比并未出现明显下降，结合图1、图2、图3分析原因：____________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 15%干旱条件下24 h～48 h时，C3植物气孔导度下降会导致胞间CO2降低，但C4植物可利用“CO2泵”将低浓度CO2转为高浓度CO2，从而减小对净光合速率的影响 10.植物的光呼吸是在光下消耗O2并释放CO2的过程，会导致光合作用减弱、作物减产。研究人员为获得光诱导型高产水稻，在其叶绿体内构建一条光呼吸支路(GMA途径)。回答下列问题： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 (1)图1所示光呼吸过程中，O2与CO2竞争结合_____，抑制了光合作用中的_______ ______________阶段。同时乙醇酸从叶绿体进入过氧化物酶体在G酶的参与下进行代谢，造成碳流失进而导致水稻减产。 R酶 暗反应 (或CO2的固定) (2)研究人员将外源G酶、A酶和M酶的基因导入水稻细胞，使其在光诱导下表达，并在叶绿体中发挥作用。检测发现，转基因水稻的净光合速率、植株干重等方面均高于对照组。可利用图2所示模型解释其原因，但图中存在两处错误，请圈出并改正。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 答案　“A酶”改为“G酶、M酶、A酶”；GMA途径使得CO2/O2↑　 (3)研究人员测定了转基因水稻叶片中外源G酶基因的表达量，以及G酶总表达量随时间的变化情况(图3)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 ①外源G酶基因表达量与PFD(代表光合有效光辐射强度)大致呈正相关，仅在14时明显下降，由此推测外源G酶基因表达除光强外，还可能受______ ____________________等因素的影响。 气孔 导度、CO2浓度、温度 ②据图3可知，12～14时______________________，推测此时段转基因水稻光呼吸增强。 内源G酶表达量显著升高 (4)茎中光合产物的堆积会降低水稻结实率而减产，而本研究中GMA途径的改造并未降低水稻的结实率。结合上述研究将以下说法排序成合理解释：尽管GMA途径促进叶片产生较多光合产物→__________→水稻茎中有机物不至于过度堆积而保证结实率。 A.光呼吸增强使得光合产物未爆发式增加 B.光合产物可以及时运输到籽粒 C.G酶表达量的动态变化，使中午进入GMA途径的乙醇酸未显著增加 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C→A→B 更多精彩内容请登录：www.xinjiaoyu.com 本课结束 THANKS HCO HCO HCO HCO HCO HCO HCO HCO $