第3单元 微专题2 光呼吸 C4植物 C3植物 CAM植物(Word教师用书)-【金版新学案】2027年高考生物高三总复习大一轮复习讲义（单选）

该高中生物学高考复习讲义聚焦光呼吸、C3/C4/CAM植物光合机制等核心考点，按“过程原理-类型比较-实践应用”逻辑架构知识，通过考点梳理（如光呼吸与有氧呼吸对比）、方法指导（图解分析C4途径）、真题训练（2024黑吉辽卷）及分层模拟题，帮助学生构建光合作用物质与能量观，突破难点。 资料以科学思维为引领，创新设计“对比表格+过程图解”教学工具，如通过C3/C4植物光合场所与酶的对比培养结构与功能观，结合真题中净光合速率分析训练探究实践能力。分层练习（基础到综合）配合详细解析，保障复习效率，助力学生提升应考能力，为教师把控复习节奏提供清晰指引。

微专题2　光呼吸　C4植物　C3植物　CAM植物 (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。 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 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 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (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　随着光照增强，光呼吸增强，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＋光呼吸速率＋细胞呼吸速率，无法获得株系1准确的光呼吸、细胞呼吸产生CO2的速率，不能计算株系1的总光合速率　(4)与株系2和WT相比，转基因株系1的净光合速率最大 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彻底分解成CO2和NADH，合成少量ATP，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的来源除外界环境外，还可来自光呼吸、呼吸作用。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，光呼吸速率降低，消耗的有机物减少，O2与C5结合减弱，因此CO2与C3结合增强，使暗反应产生的有机物增多，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，根据图3无法推出株系1的光呼吸速率、细胞呼吸速率，故据图3中的数据不能计算出株系1的总光合速率。(4)由图2、图3可知，与转基因株系2、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。 1.光呼吸 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。光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。在暗反应中，Rubisco能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会与CO2竞争Rubisco，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。 (1)光呼吸过程图解 (2)光呼吸的生理意义 ①不利影响：光呼吸消耗暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。 ②有利影响：a.消除代谢产物乙醇酸对细胞的不利影响；b.防止强光对光合结构的破坏。 (3)光呼吸与一般有氧呼吸的比较 项目 光呼吸 一般有氧呼吸 与光的关系 只在光下进行 光下、黑暗中都可进行 反应条件 光照、高O2低CO2环境 — 底物 C5和O2 通常是葡萄糖、H2O和O2 产物 CO2 CO2和水 发生部位 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 细胞质基质、线粒体 2.C4植物 在绿色植物的光合作用中，二氧化碳中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中，然后才转移到C3中，科学家将这类植物叫作C4植物，将其固定二氧化碳的途径，叫作C4途径。 (1)C3植物和C4植物的区分依据：根据光合作用碳元素同化的最初光合产物的种类不同，把高等植物分成C3、C4植物两类，常见的C4植物有甘蔗、玉米、高粱等。 (2)C3和C4植物光合途径的比较 项目 C3植物 C4植物 CO2受体 RuBP(C5) PEP(C3)　RuBP(C5) CO2固定后产物 PGA(C3) PGA(C3)　OAA(C4) CO2固定场所 叶肉细胞叶绿体 叶肉细胞细胞质基质、维管束鞘细胞叶绿体 光反应场所 叶肉细胞叶绿体基粒 叶肉细胞叶绿体基粒 暗反应场所 叶肉细胞叶绿体基质 维管束鞘细胞叶绿体基质 (3)C4途径的意义：固定CO2的酶(PEP羧化酶)对CO2有很强的亲和力，可把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。 3.景天科植物(CAM植物) 景天科植物在夜间，大气中CO2从气孔进入，被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化，与PEP结合形成草酰乙酸(OAA)，再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸，储存于液泡中。在白天，苹果酸从液泡中释放出来，经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸，CO2产生后用于卡尔文循环。 (1)CAM途径过程图解 (2)CAM途径的意义 ①白天：气孔关闭，减少蒸腾作用，保持植物体内水分并分解苹果酸产生CO2进行光合作用。 ②夜晚：气孔开放，吸收光合作用所需的CO2，使植物适应高温干旱环境。 1.(2026·天津模拟)蓝细菌能通过其产生的一组特殊蛋白质将CO2浓缩在Rubisco(固定CO2的关键酶)周围。下列有关叙述错误的是(　　) A.Rubisco是在蓝细菌的核糖体上合成的 B.激活Rubisco不需要黑暗条件 C.蓝细菌中的叶绿素和类胡萝卜素位于叶绿体类囊体薄膜上 D.蓝细菌的CO2浓缩机制有利于其适应低CO2浓度环境 答案：C 解析：Rubisco的化学本质是蛋白质，而核糖体是合成蛋白质的场所，据此可知，Rubisco是在蓝细菌的核糖体上合成的，A正确；暗反应不直接依赖光，Rubisco作用于CO2的固定过程，因此激活Rubisco不需要黑暗条件，B正确；蓝细菌含有叶绿素和藻蓝素，没有叶绿体也没有类胡萝卜素，C错误；蓝细菌的CO2浓缩机制便于其对CO2的吸收，有利于其适应低CO2浓度环境，D正确。 2.(2026·广东广州模拟)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植物具有较低的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：D 解析：卡尔文循环属于暗反应过程，维管束鞘细胞中的叶绿体没有类囊体但有Rubisco，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，类囊体薄膜上含有光合色素，因此叶肉细胞可以通过光反应产生ATP和NADPH，B正确；PEP羧化酶对CO2的亲和力远高于Rubisco，在CO2浓度较低时，PEP羧化酶仍可催化CO2固定，CO2与某种C3结合成C4，C4从叶肉细胞运输至维管束鞘细胞，又释放出CO2，因此对低浓度CO2具有富集作用，所以甘蔗、玉米等C4植物具有较低的CO2补偿点，但“光合午休”现象不明显，C正确，D错误。 3.(2026·山东潍坊模拟)研究发现，R酶属于双功能酶，催化反应的方向取决于CO2和O2相对浓度的高低。光照条件下，当CO2浓度相对较高时，该酶催化C5与CO2反应，进行光合作用；当O2浓度相对较高时，该酶催化C5与O2反应，释放CO2，该过程称为光呼吸，反应机理如图。下列说法错误的是(　　) A.R酶既能与CO2结合也能与O2结合，说明该酶不具有专一性 B.夏季晴朗的中午出现“光合午休”时，植物光呼吸的强度会有所增强 C.光呼吸与有氧呼吸相似，都能消耗O2产生CO2 D.光呼吸的结果会导致光呼吸减弱，该过程体现了负反馈调节 答案：A 解析：虽然R酶既能与CO2结合也能与O2结合，但该酶仍然具有专一性，A错误；夏季晴朗的中午出现“光合午休”时，由于气孔导度减小，CO2浓度降低，因此植物光呼吸的强度会有所增强，B正确；有氧呼吸消耗O2产生CO2，据图可知，光呼吸也能消耗O2产生CO2，C正确；光呼吸消耗O2产生CO2，减少O2浓度的同时增加CO2浓度，会导致光呼吸减弱，该过程体现了负反馈调节，D正确。 4.(2026·湖南长沙模拟)光照条件下，叶肉细胞中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，其过程如下图所示。科学家采用基因工程获得了酶A缺陷型的水稻突变株，在不同条件下检测突变株与野生型水稻植株的生长情况与物质含量，实验结果如下表所示。请回答： 0.5％CO2 0.03％CO2 0.03％CO2 0.03％CO2 指标 平均株高/cm 平均株高/cm 乙醇酸含量/(ug·g－1叶重) 乙醛酸含量/(ug·g－1叶重) 突变体 42 24 1 137 1 野生型 43 42 1 1 (1)根据不同条件下植株的生长状况差异，可以推测该突变体在　　　　　　　　(场所)进行的　　　　(生理过程)效率降低。 (2)利用有机物的溶解度差异，采用　　　　法可以将乙醇酸与其他有机物分离。分析物质含量与变化，推测酶A具有　　　　　　　　　　　　　　　　的功能。 (3)正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)已知大气中CO2含量约为0.03％，参考题干信息，分析自然状态下突变株长势不如野生型的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)水稻光呼吸过程需要额外消耗能量，降低净光合效率，但在进化过程中得以长期保留，其对植物的意义是　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)叶绿体基质　暗反应　(2)(纸)层析　催化乙醇酸生成乙醛酸　(3)光照停止，不再产生ATP、NADPH，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多　(4)突变株因酶A缺陷，乙醇酸无法转变为C3，C5生成受阻，自然状态下CO2含量较低，固定效率较低，积累有机物较少，长势不如野生型　(5)消耗过剩的ATP和NADPH，减少对细胞的损害，补充部分CO2 解析：(1)光呼吸氧化的有机物(即呼吸底物)为乙醇酸。根据表中数据看出，与野生型相比，突变型乙醇酸累积过多，没有全部转换为乙醛酸，原因可能是暗反应过程中，C3与C5转换物质的过程速率减慢，造成乙醇酸消耗量降低，这一过程发生在叶绿体基质中。(2)利用有机物的溶解度差异，可采用纸层析法将乙醇酸与其他有机物分离。科学家采用基因工程获得了酶A缺陷型的水稻突变株，即酶A缺陷型突变株乙醇酸向乙醛酸转变速率慢，可知酶A具有催化乙醇酸生成乙醛酸的功能。(3)正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，光反应停止，光反应过程中ATP、NADPH不再产生，因而暗反应消耗的C5减少，C5与O2的结合增加，产生的CO2增多。(4)酶A可催化乙醇酸转化为乙醛酸，乙醛酸经一系列反应可转变为C3，而C3可参与暗反应阶段，故突变株因酶A缺陷，乙醇酸无法转变为C3，C5生成受阻；而自然状态下CO2含量较低，固定效率较低，积累有机物较少，长势不如野生型。(5)水稻光呼吸过程需要额外消耗能量，光合作用产物ATP和NADPH中含有活跃的化学能，故光呼吸在进化过程中得以长期保留，其对植物的意义是消耗过剩的ATP和NADPH，减少对细胞的损害，同时光呼吸过程可产生CO2，起到补充CO2的作用。 学科网（北京）股份有限公司 $