第4单元 热点情境1 光呼吸与光抑制 CO2固定的不同途径(课件PPT)-【高考领航】2027年高考生物大一轮复习学案

该高中生物学高考复习课件聚焦“光呼吸与光抑制”“CO₂固定的不同途径”核心考点，依据高考评价体系梳理结构与功能观、物质与能量观等考查要求。通过山东卷真题及经典高考题分析，明确光保护机制、CO₂浓缩机制等高频考点权重，归纳过程分析、实验探究等常考题型，体现备考针对性与实用性。 课件亮点在于“真题情境+机制解析+素养提升”策略，如以2025山东卷光抑制题为例，用科学思维分析电子传递路径，结合生命观念理解结构对高光环境的适应。通过对比C3、C4、CAM植物CO₂固定差异，指导学生用同位素示踪法追踪物质去向，掌握答题逻辑。教师可依此设计分层训练，帮助学生高效突破考点，提升高考冲刺能力。

热点情境1　光呼吸与光抑制　CO2固定的不同途径 ‹#› 一、光呼吸与光抑制 (2025·山东卷，21)高光强环境下，植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长，其部分光合过程如图所示。 ‹#› (1)叶绿体膜的基本支架是______________；叶绿体中含有许多由类囊体组成的____________，扩展了受光面积。 (2)据图分析，生成NADPH所需的电子源自于________________。采用同位素示踪法可追踪物质的去向，用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后，以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，能进入线粒体基质且被3H标记的物质有H2O、______________。离心收集绿藻并重新放入含H218O的培养液中，在适宜光照条件下继续培养，绿藻产生的带18O标记的气体有______________。 (3)据图分析，通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为_____________________。 ‹#› 解析：(1)叶绿体膜属于生物膜，其基本支架是磷脂双分子层。叶绿体中含有许多由类囊体堆叠而成的基粒，扩展了受光面积。(2)据题图可知，H2O光解产生电子，电子的受体为NADP＋，因此生成NADPH所需的电子源自于水的光解。用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后，3H会通过光合作用进入产物葡萄糖中，使葡萄糖被3H标记，以该葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，经有氧呼吸第一阶段产生的丙酮酸和[H]均会被3H标记，丙酮酸进入线粒体基质进行有氧呼吸第二阶段时分解产生[H]，故在线粒体基质中被3H标记的物质有H2O、丙酮酸和[H]。将离心收集的绿藻重新放入含有H218O的培养液中，在适宜的光照条件下继续培养，绿藻中的H218O经过光合作用产生了18O2；而18O2中的18O可通过有氧呼吸第三阶段进入H2O中，再通过有氧呼吸第二阶段进入CO2中，故绿藻产生的带18O标记的气体有O2和CO2。 ‹#› (3)据题图可知，途径①通过将过剩的电子传递给氧气，生成超氧化物(如H2O2)，进而这些超氧化物被活性氧清除系统(如过氧化氢酶等)清除，从而防止活性氧对光合系统的损伤；途径②将叶绿体吸收的过剩光能转化为热能散失，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而防止对光合系统的损伤。 ‹#› 答案：(1)磷脂双分子层　基粒　(2)水的光解　丙酮酸、[H]　O2、CO2　(3)途径①通过将过剩的电子传递给氧气，生成超氧化物(如H2O2)，进而这些超氧化物被活性氧清除系统(如过氧化氢酶等)清除，从而防止活性氧对光合系统的损伤；途径②将叶绿体吸收的过剩光能转化为热能散失，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而防止对光合系统的损伤 ‹#› 1．光呼吸的过程及影响 (1)光呼吸简要过程 ‹#› RuBP羧化酶是双功能酶，既可催化C5与CO2的固定(羧化)，又可催化C5与O2(加氧)的反应，其催化方向取决于CO2/O2的值： ①比值增大，羧化反应增强，进行光合作用。 ②比值减小，加氧反应增强，进入C2途径。因此，高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。 (2)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。 ‹#› (3)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；消耗高光照产生过多的NADPH和ATP，保护光合结构。 ‹#› (4)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。 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。 ‹#› 2．光抑制与光保护机制 (1)原理 当植物吸收的光能超过光合系统所能利用的量时，暗反应无法消耗过量的NADPH和ATP，光反应产生的过多的电子无法传给NADP＋，只能传给O2生成活性氧(ROS)。植物可通过光化学耗散和非光化学耗散两种方式耗散掉吸收的过多的光能，抑制光合作用，及时清除ROS，减少ROS对叶绿体，尤其是PSⅡ的损害，及时修复或替换PSⅡ中的受损组分如D1蛋白，这个现象称为光合作用的光抑制与光保护机制。 ‹#› (2)图解 ‹#› 1．(2026·江西萍乡模拟)绿色植物通过光合作用捕获、转化光能用于生长、繁殖。但当植物吸收的光能过度时，叶肉细胞内因NADP＋不足，使电子传递给O2形成超氧阴离子自由基()等一系列光有毒产物，从而损伤光合结构。图1表示光合作用的部分过程，回答下列问题： ‹#› (1)图1中PSⅠ、PSⅡ两个光系统分布于__________________上。经这两个光系统的协同作用，植物将光能转化为__________________中的化学能，用于卡尔文循环。 (2)分析图1可知，在光照条件下，图1中膜内H＋浓度__________(填“大于”“小于”或“等于”)膜外；ATP合酶的作用有____________。 (3)植物在长期进化过程中形成了光呼吸的方式以减轻光抑制现象，其机制如图2所示。据图可推测光呼吸缓解光抑制的机理是______________。 (4)研究发现，重金属镉能破坏PSⅡ结构，还可促进脱落酸的合成，从而抑制光合作用的进行，从卡尔文循环角度分析其原因是_____________。 ‹#› 解析：(1)PSⅠ、PSⅡ两个光系统分布于类囊体薄膜上。类囊体薄膜是光合作用光反应的场所，光系统是进行光反应的重要结构。经这两个光系统的协同作用，植物将光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，用于卡尔文循环。(2)在光照条件下，图1中膜内H＋浓度大于膜外。因为在光反应过程中，水的光解会产生H＋，同时电子传递过程中也会将H＋从膜外转运到膜内，导致膜内H＋浓度升高，形成H＋浓度梯度。ATP合酶的作用有催化ATP的合成以及作为H＋通道，使膜内高浓度的H＋通过该通道顺浓度梯度转运到膜外。H＋通过ATP合酶时，其释放的能量驱动ADP和磷酸结合形成ATP。 ‹#› (3)由图2可知，光呼吸可以利用光反应产生的多余的ATP和NADPH，消耗光反应产生的O2，减少超氧阴离子自由基()等光有毒产物的形成，同时光呼吸产生的C3又可以进入卡尔文循环，从而缓解光抑制，以维持光合作用的正常进行。(4)从卡尔文循环角度分析，重金属镉能破坏PSⅡ结构，使光反应产生的ATP和NADPH减少，影响C3的还原；同时镉促进脱落酸的合成，可能会促进气孔的关闭，导致CO2供应不足，从而影响CO2的固定，这两方面都会抑制卡尔文循环，进而抑制光合作用的进行。 答案：(1)类囊体薄膜　ATP和NADPH　(2)大于　运输H＋以及催化ATP合成　(3)光呼吸可以消耗光反应产生的多余的ATP和NADPH，消耗O2，减少光有毒产物()的形成，并且产生的C3进入卡尔文循环，维持光合作用的正常进行　(4)破坏PSⅡ结构，使光反应产生的ATP和NADPH减少，影响C3的还原；促进脱落酸合成，促进气孔关闭，导致CO2不足，影响CO2的固定 ‹#› 二、CO2固定的不同途径 (经典高考题)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)真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成___________，进而被还原生成糖类，此过程发生在______________中。 ‹#› (2)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________________。 ‹#› (3)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。 ‹#› ①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。 ②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是______________。图中由Pyr转变为PEP的过程属于______________(填“吸能反应”或“放能反应”)。 ③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用________________技术。 ‹#› (4)通过转基因技术或蛋白质工程技术，可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 ‹#› 解析：(1)光合作用的暗反应中，CO2被固定形成三碳化合物，进而被还原生成糖类，此过程发生在叶绿体基质中。(2)由图1可知， ‹#› 的运输能力，可以提高植物光合作用的效率，A合理；改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成，不利于最终CO2的生成，不能提高植物光合作用的效率，B不合理；改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力，可以提高植物光合作用的效率，C合理；将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物，可提高Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进CO2的固定，从而提高植物光合作用的效率，D合理。 答案：(1)三碳化合物(C3)　叶绿体基质　(2)叶绿体　呼吸作用和光合作用　(3)①高于　 ②NADPH和ATP　吸能反应　③同位素示踪　(4)ACD ‹#› 光合作用固定CO2的特殊途径 (1)C4植物固定CO2的途径 玉米、甘蔗等起源于热带的植物叶肉细胞的叶绿体内，在有关酶的催化作用下，CO2首先被一种三碳化合物(PEP)固定，形成一个四碳化合物(C4)。C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中，释放出一个CO2，并形成另一种三碳化合物——丙酮酸。释放出来的CO2进入卡尔文循环；丙酮酸则再次进入叶肉细胞中的叶绿体内，在 有关酶的催化下，通过ATP提供 的能量，转化成PEP，继续固定 CO2。具体过程如图所示。 ‹#› (2)景天科植物(CAM)的CO2固定 景天科酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式，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，贮存于液泡中。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，如图所示。 ‹#› (3)蓝细菌的CO2浓缩机制 蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 ‹#› 2．(2026·山东济宁统考)菠萝同化CO2的方式比较特殊：夜间气孔开放，吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用，以适应其生活环境。其部分代谢途径如图所示。回答下列问题： ‹#› (1)白天菠萝叶肉细胞产生ATP的场所有___________________，参与①过程的CO2来源于__________________________过程。 (2)图中所示物质参与CO2固定的是________________，推测甲是________________；甲还可以通过细胞呼吸的________________过程产生。 (3)能为②过程提供能量的物质是在叶绿体________________上产生的________________。 (4)如果白天适当提高环境中的CO2浓度，菠萝的光合速率变化是____________(填“增加”“降低”或“基本不变”)，其原因是_____________________。 ‹#› (5)研究发现，植物的Rubisco酶在CO2浓度较高时能催化RuBP与CO2反应；当O2浓度较高时却催化RuBP与O2反应。在较高CO2浓度环境中，Rubisco酶所催化反应的产物是________________。由此推测适当____________(填“提高”或“降低”)O2/CO2值可以提高农作物光合作用的效率。 ‹#› 解析：(1)白天菠萝叶肉细胞可以进行呼吸作用和光合作用，所以产生ATP的部位有细胞质基质、线粒体和叶绿体。从图中可以看出①是CO2的固定，其中CO2来自苹果酸脱羧作用和细胞呼吸。(2)该细胞中PEP和RuBP都可以固定CO2，甲可以进入线粒体中被分解，所以可以推测甲是丙酮酸，丙酮酸还可以通过细胞呼吸第一阶段(葡萄糖分解)过程产生。(3)②是C3的还原过程，需要光反应产生的NADPH和ATP提供能量，这两种物质都是在叶绿体类囊体薄膜上产生的。(4)根据题干信息，菠萝白天气孔关闭，不从外界环境中吸收CO2，因此如果在白天提高外界CO2的浓度，其光合速率基本不变。(5)在较高CO2浓度环境中，Rubisco酶能催化RuBP与CO2反应，这是CO2的固定阶段，产物是C3，适当降低O2/CO2值可以减少RuBP和O2结合，更多的RuBP与CO2反应，能提高农作物光合作用的效率。 ‹#› 答案：(1)细胞质基质、线粒体、叶绿体　苹果酸脱羧作用和细胞呼吸　(2)PEP和RuBP　丙酮酸　葡萄糖分解　(3)类囊体薄膜　NADPH、ATP　(4)基本不变　白天菠萝气孔关闭，不从外界环境中吸收CO2　(5)C3　降低 ‹#› 热点情境1　光呼吸与光抑制　CO2固定的不同途径 点击进入WORD文档 按ESC键退出全屏播放 ‹#› $