2027届高考生物人教版一轮复习导学案：光呼吸和不同形式的光合作用

该高中生物学高考复习学案系统梳理了光呼吸及C4植物、景天科植物光合作用专题，以光合作用优化机制为核心，串联光呼吸的过程与意义、C4植物的空间分隔、景天科植物的时间分隔等考点，通过资料分析和问题链设计引导学生自主构建知识网络。 亮点在于科学思维与探究实践的融合，如活动一结合“安全阀”比喻分析光呼吸意义，活动二对比C3/C4植物叶片结构，课堂训练选用2025年模拟题，“亮考帮”模块助力学生自主总结与疑惑诊断，培养自主复习能力，为教师因材施教提供支持。

2027届高考生物人教版一轮复习导学案：光呼吸和不同形式的光合作用 学习目标 1.了解光呼吸的过程及存在意义。2.了解C4植物、景天科植物的特殊光合作用过程。 核心体系 活动方案 活动一 光呼吸的过程及意义 资料1：光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中，Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下，光呼吸就可损耗掉25%～30%的光合产物。过程如图所示。 资料2：植物为什么要进行光呼吸呢？原因是在强光、高温、干旱等胁迫条件下，气孔关闭，CO2无法进入，光合作用暗反应因缺少原料而减慢甚至停止。然而，光反应（光能的吸收和电子传递）却仍在激烈进行。这就好比 “发动机（光反应）还在高速运转，但变速箱（暗反应）已经卡住了” 。会导致能量（ATP和NADPH）过剩，电子传递链“堵车”，从而形成大量活性氧（ROS）。活性氧是极其危险的，它会破坏叶绿体、蛋白质和DNA，导致细胞死亡。光呼吸此时扮演了一个“安全阀”的角色，消耗多余的能量：光呼吸过程本身需要消耗ATP和NADPH，这就为过剩的电子提供了另一条出路，减轻了电子传递链的压力。消耗多余的还原力：避免了能量过剩产生大量活性氧，从而保护了光合机构免受光损伤。 请根据上述资料回答下列问题。 （1）参与光呼吸的场所有哪些？ （2）在强光条件下，Rubisco催化什么底物，启动光呼吸过程形成C2? （3）叶肉细胞在高氧环境中，其线粒体产生的CO2可来自哪些生理过程？ （4）光呼吸导致作物产量下降的原因是？ （5）光呼吸在进化过程中得以长期保留，其对植物的意义是？ （6）为了使Rubisco酶的活性更倾向于发生CO2的固定反应，以提高农作物的产量，改变外界条件的措施有哪些？ 活动二 C4植物的光合作用过程 C4植物是一类具有特殊光合作用途径的植物，它们能高效地固定CO2，尤其在高温、强光和干旱条件下表现出色。常见C4植物包括玉米、高粱、甘蔗等。C4植物与C3植物具有不同的叶片结构和光合作用过程（如图所示）。 　 C3植物叶片中的维管束鞘细胞几乎不含有叶绿体，维管束鞘以外是排列疏松的含有叶绿体的叶肉细胞。C4植物叶片中围绕维管束的是呈“花环型”的两圈细胞，里面的一圈是维管束鞘细胞，这种维管束鞘细胞不仅个体大，而且含有叶绿体，外面的一圈是富含叶绿体的叶肉细胞。 与C3植物相比，C4植物叶肉细胞的细胞质基质具有一种特殊的PEP羧化酶，它催化如下反应：C3＋CO2→C4（苹果酸）。C4进入维管束鞘细胞，生成CO2用于暗反应，再生出的C3（丙酮酸）回到叶肉细胞中，进行循环利用。PEP羧化酶与CO2的亲和力是Rubisco酶的60倍，能固定低浓度的CO2。 请根据上述资料回答下列问题。 （1） C4植物叶肉细胞中的什么酶催化CO2和C3（PEP）反应形成C4（苹果酸）？推测C4（苹果酸）可能经什么结构进入维管束鞘细胞，生成CO2和C3? （2）C4植物中能固定CO2的细胞有哪些？ （3）C4植物进行卡尔文循环的场所位于哪里？ （4）夏季正午，C3植株会出现“午休”现象，而C4植株则不会出现该现象的原因可能是？ （5）结合活动一相关内容，推测 C4植物和C3植物进行光呼吸的强弱？并说明原因。 活动三 景天科植物的光合作用 景天酸代谢途径（CAM途径）是一些肉质植物所具有的一种固定CO2的途径，最开始发现于景天科植物，此类植物通常具有厚表皮、大液泡等特点。夜间，植物叶片气孔打开，吸收的CO2与PEP结合产生草酰乙酸，之后在酶作用下形成苹果酸，并储存于液泡内，从而表现出夜间淀粉减少、苹果酸增加、细胞液pH下降。白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放进入细胞质中脱羧，产生丙酮酸和 CO2，CO2再进入叶绿体中参与卡尔文循环。 请根据上述资料回答以下问题。 （1）景天科植物白天关闭气孔是为了适应什么环境？ （2）叶肉细胞中能固定CO2的物质是？ （3）景天科植物白天进行暗反应的CO2来源有哪些？ （4）夜晚CO2固定于苹果酸的过程属于“吸能”还是“放能”反应？ （5）C4途径与CAM途径，它们在固定CO2的时间和空间的差异是什么？ 课堂训练 1.[2025江西模拟]CAM（景天科）植物具有特殊的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；白天气孔关闭时，液泡中储存的苹果酸则脱羧释放CO2用于光合作用。下列叙述正确的是（　　） A.CAM植物白天和晚上均进行光合作用和细胞呼吸 B.CAM植物细胞白天产生CO2的具体部位是线粒体基质 C.CAM植物叶肉细胞液泡中的pH白天逐渐升高，夜间逐渐降低 D.CAM植物吸收CO2的速率与细胞膜上转运蛋白的数量呈正相关 2.[2025南通模拟]RuBP羧化/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（　　） 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 3.[2025山东模拟]下图是某绿藻适应水生环境，提高光合效率的机制图。下列叙述正确的是（　　） A.图示中能产生ATP的结构只有细胞质基质和线粒体 B.图中HCO浓度大小为细胞外>细胞质基质>叶绿体基质>类囊体腔 C.水光解产生的H＋可进一步形成NADH，为暗反应提供还原剂和能量 D.光反应通过确保暗反应中CO2的供应，帮助该绿藻适应水生环境 4.[2025浙江五校联考]景天酸代谢（CAM）途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后释放CO2，供叶绿体的暗反应。下列叙述错误的是（　　） 　 A.在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器只有线粒体 B.景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关 C.给植物提供14C标记的14CO2，14C可以出现在草酰乙酸、苹果酸、三碳酸和有机物中 D.在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中三碳酸的含量短时间内会降低 5.（多选）[2025山东泰安第一中学月考]C4途径是除卡尔文循环（C3途径）外的另一种独特的CO2固定途径，因固定CO2的初产物是四碳化合物而得名，其光合作用过程如图所示，研究表明，与C3植物细胞中的Rubisco（可催化CO2固定）相比，C4植物叶肉细胞中的PEP羧化酶具有非常高的CO2亲和力，可固定低浓度的CO2。下列说法正确的有（　　） A.若给C4植物提供14CO2，则植株体内14C的转移途径为14CO→14C4→14C3 B.C3植物和C4植物的暗反应阶段所需要的NADPH和ATP均来自光反应阶段 C.不同植物固定CO2途径存在差异的根本原因是它们的遗传物质存在差异 D.在低CO2浓度环境下，C4植物的光合作用速率可能比C3植物高 6.[2024山东泰安模拟]植物每年所固定的碳约占大气中碳总量的1/5，约等于化石燃料燃烧所排碳量的10倍之多。研究人员拟通过在植物体内构建人工代谢途径进一步提高植物的固碳能力，助力减少大气中的CO2浓度，实现“碳中和、碳达峰”。 图1 （1）光能被叶绿体内____________上的光合色素捕获后，将水分解，形成O2、ATP和NADPH。ATP和NADPH驱动在____________中进行的暗反应，将CO2转化为储存化学能的糖类。 （2）绿色植物在光照条件下还能进行光呼吸，具体过程如图1所示。R酶具有双重催化功能，在光照、高CO2浓度、低O2浓度时，催化________结合，生成C3；在光照、低CO2浓度、高O2浓度时，催化O2与C5结合，生成____________。 （3）有些生活在海水中的藻类具有图2所示的无机碳浓缩过程，能够减弱光呼吸，提高光合作用效率，其原因是：植物通过____________方式吸收HCO，最终使______________________________________________。 图2 （4）研究人员通过向水稻叶绿体中引入人工设计合成的一条代谢途径（GOC），能直接在叶绿体中催化乙醇酸转化成CO2，同时抑制叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白基因的表达，最终提高了水稻的净光合速率。GOC型水稻净光合速率高于野生型水稻的原因包括_______________________。 A.GOC型水稻新增的代谢途径，提高了乙醇酸利用率 B.GOC型水稻新增的代谢途径，直接加速了C3再生C5 C.GOC型水稻新增的代谢途径，减少了叶绿体中CO2的损失 D.GOC型水稻内催化乙醇酸转化成CO2的酶活性比R酶活性高 亮考帮 一、亮闪闪 本节课我掌握了 核心知识点，理清了 的解题逻辑；通过课堂小组讨论，学会了用 思路分析题型，纠正了之前混淆的概念，整体搭建起本节知识框架，这是我本节课最大的收获。 二、考考你 我出一道思考题： 解答： 出题后自测发现，这类题型的 步骤容易粗心出错，后续做题要重点留意。 三、帮帮我 我存在的疑惑： 1. 知识点的原理没有完全理解； 2.遇到 类题目不知道怎么切入解题； 3. 概念容易和之前学的内容弄混，希望课堂互助环节可以和同学探讨。 参考答案 活动方案 活动一 （1） 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。 （2） RuBP（C5）和O2。 （3） 有氧呼吸和光呼吸。 （4） 减少了光合产物的形成和积累，消耗大量能量，降低了净光合效率。 （5） 光呼吸可消耗光反应积累的ATP和NADPH，减少光反应产物积累造成的损伤，且补充部分CO2，还能通过C2循环回收部分碳元素，避免碳元素损失过多。 （6） 提高环境CO2浓度、适当灌溉、适当遮阴、进行叶面喷水降温等。 活动二 （1） PEP羧化酶。胞间连丝。 （2） 叶肉细胞和维管束鞘细胞。 （3） 维管束鞘细胞的叶绿体基质。 （4） C4植物叶肉细胞中含有PEP羧化酶，在低浓度CO2下也能催化固定CO2（CO2浓缩机制），所以C4植物在气孔部分关闭的情况下对光合作用影响不大。 （5） C4植物的光呼吸通常弱于C3植物。C4植物叶肉细胞中PEP羧化酶（PEPC）能够利用低浓度CO2，使CO2富集到维管束鞘细胞中，CO2浓度的升高，在与O2竞争Rubisco中占有优势，从而光呼吸较弱。 活动三　 （1） 干旱、高温的环境。 （2） PEP、C5。 （3） 苹果酸的分解和细胞呼吸 （液泡和线粒体）。 （4） 吸能。 （5） C4途径：固定CO2和合成糖发生在同一时间，而空间错开（叶肉细胞和维管束鞘细胞）。 CAM途径：固定CO2和合成糖发生在同一个细胞内，但时间上错开（白天和夜晚）。 课堂训练 1 C　CAM植物晚上不能进行光合作用，A错误；CAM植物细胞液泡中储存的苹果酸脱羧也产生CO2，B错误；CAM植物白天液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，叶肉细胞的pH逐渐升高，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，pH逐渐降低，C正确；吸收CO2不需要转运蛋白，D错误。 2 D　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，气孔关闭，CO2不能正常进入叶肉细胞，但光反应正常进行，导致叶肉细胞内O2浓度较高，O2和C5结合概率增加，因此植物光呼吸的强度较通常会有所增大，B正确；Rubisco位于叶绿体基质，玉米（C4植物）通常比小麦（C3植物）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，光呼吸能消耗过多的ATP和NADPH，故光呼吸有利于保护农作物，D错误。 3 D　观察可知，图中能产生ATP的结构有细胞质基质、线粒体和叶绿体类囊体薄膜，A错误；从图中离子运输方向判断，HCO进入细胞是主动运输，从细胞质基质进入叶绿体也是主动运输，所以浓度大小为细胞外<细胞质基质<叶绿体基质，类囊体腔中未显示HCO相关运输，无法与其他部位比较，B错误；水光解产生的H＋可进一步形成NADPH，为暗反应提供还原剂和能量，而NADH是细胞呼吸过程产生的，C错误；从图中可知，光反应产生的能量可用于将细胞外的HCO运输到叶绿体基质中转化为CO2，确保暗反应中CO2的供应，帮助该绿藻适应水生环境，D正确。 4 D　在夜晚，叶肉细胞只能通过细胞呼吸产生ATP，即产生ATP的细胞器是线粒体，A正确；具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，夜晚气孔张开吸收CO2，因此可以适应干旱的环境条件，B正确；晚上气孔开放，14CO2进入细胞后在细胞质基质中与PEP结合生成草酰乙酸，然后再转化为苹果酸而被固定，白天苹果酸运出液泡后放出14CO2，14CO2首先与五碳化合物结合生成三碳化合物，随后三碳化合物被还原生成有机物，可见14C可以出现在草酰乙酸、苹果酸、三碳酸和有机物中，C正确；突然降低外界的CO2浓度，对于该叶肉细胞来说，其暗反应不受影响，即C3的含量不受影响，D错误。 5 BCD　C4植株能进行C4途径和C3途径，若给C4植物提供14CO2，则C4植株14C转移途径为14CO2→14C4→14CO2→14C3→（14C2HO），A错误；由光合作用的过程可知，C3植物与C4植物的暗反应阶段利用的NADPH和ATP都来自光反应阶段，B正确；由于C4植物叶肉细胞中的PEP羧化酶具有非常高的CO2亲和力，可固定低浓度的CO2，故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用，而C3植物则不能，因此低浓度CO2条件下，C4植物的光合作用速率可能比C3植物高，D正确。 6 （1） 类囊体薄膜　叶绿体基质　 （2） CO2与C5　C3和乙醇酸 （3） 主动运输　R酶附近的CO2浓度提高，促进CO2与C5结合，减少O2与C5结合 （4） AC 解析：（1） 光合作用的光反应阶段场所在叶绿体的类囊体膜上，色素和光反应有关的酶在类囊体膜上；光合作用的暗反应阶段场所在叶绿体的基质中，即ATP和NADPH驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2转化为储存化学能的糖类。（2） 由图1可知，R酶具有双重催化功能，在光照、高CO2浓度、低O2浓度时，催化CO2与C5结合，生成C3；在光照、低CO2浓度、高O2浓度时，催化O2与C5结合，生成C3和乙醇酸。（3） 由图2可知，HCO运输需要消耗ATP，说明HCO离子是通过主动运输的；HCO离子进入叶绿体后产生CO2，使R酶附近的CO2浓度提高，促进CO2与C5结合，减少O2与C5结合。（4） GOC型水稻新增的代谢途径，能直接在叶绿体中催化乙醇酸转化成CO2，同时抑制叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白基因的表达，最终提高了水稻的净光合速率，提高了乙醇酸利用率，减少了叶绿体中CO2的损失，B、D错误，A、C正确。 2027届高考生物人教版一轮复习导学案 第1页（共1页） 学科网（北京）股份有限公司 $