第3单元 第12讲 课后达标素养提升(二)(教用Word)-【精微方案】2027年高考一轮总复习讲义·生物

**基本信息** 聚焦光合作用代谢途径（C3/C4/CAM）比较及实验探究，以结构与功能观构建知识网络，强化科学思维与探究实践能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |代谢途径比较|3题（选择1-2、非选5）|概念辨析与图表分析|从CO2固定机制差异（PEP羧化酶/Rubisco）推导植物对干旱环境的适应性进化| |实验探究|2题（非选3-4）|实验设计与结果分析|通过光呼吸调控、光系统活性测定等实验，建立环境因素（CO2/O2、光照）对光合效率的影响模型|

(二) 一、选择题 1．原本生活在干旱地区的多肉植物，经研究发现其CO2固定过程非常特殊，被称为景天酸代谢途径。其光合作用产生的中间产物苹果酸在CO2的固定和利用过程中起重要作用，过程如下图所示。据图分析，下列叙述错误的是(　　) A．进行景天酸代谢的植物白天进行光反应，积累ATP和NADPH，晚上进行暗反应合成有机物 B．图示的代谢方式可以有效地避免植物由蒸腾过度导致的脱水，从而使该类植物适应干旱环境 C．与常见的C3代谢途径植物相比，夜间更适于放置在室内的是进行景天酸代谢途径的植物 D．多肉植物在其原生地环境中，其液泡中的pH会呈现白天升高、晚上降低的周期性变化 解析：选A。白天在光照条件下，进行景天酸代谢的植物通过光反应生成NADPH和ATP，用于暗反应，晚上植物不进行光反应，没有NADPH和ATP的供应，暗反应不能进行，A错误；题图所示的景天酸代谢途径，白天气孔关闭减少水分散失，可以有效地避免植物由蒸腾过度导致的脱水，从而使该类植物适应干旱环境，B正确；由于进行景天酸代谢途径的植物晚上气孔开放，不断吸收CO2用于合成苹果酸，空气中的CO2减少，所以与常见的C3代谢途径植物相比，夜间更适于放置在室内的是进行景天酸代谢途径的植物，C正确；多肉植物在晚上吸收CO2生成苹果酸储存在液泡中(pH降低)，白天苹果酸分解产生CO2用于暗反应(pH升高)，因此其液泡中的pH会呈现白天升高、晚上降低的周期性变化，D正确。 2．研究发现，玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环(固定CO2的初产物为C3，简称C3途径)外，还有另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物为C4，简称C4途径，这种植物为C4植物，其固定CO2的途径如下图所示。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍。下列有关叙述错误的是(　　) A．图中CO2进入叶肉细胞被固定的最初产物是草酰乙酸 B．高温条件下，C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭 C．低浓度CO2条件下，C4植物可能比C3植物生长得好 D．苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞 解析：选B。题图中CO2进入叶肉细胞后，与磷酸烯醇式丙酮酸结合，生成草酰乙酸，A正确；高温条件下，C4植物光合效率高的原因是C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco，故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用，B错误；C4植物能够利用低浓度的CO2进行光合作用，C3植物则不能，因此低浓度CO2条件下，C4植物可能比C3植物生长得好，C正确；由题图可知，苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞，D正确。 二、非选择题 3．科学家利用衣藻和大肠杆菌设计了一种共培养系统。该系统中，工程化衣藻在进行光合作用时，会通过光呼吸竞争性消耗C5产生甘醇酸(光呼吸强度受CO2/O2值的影响)；工程化大肠杆菌利用甘醇酸合成高价值生物产品。实验过程及结果见下图。回答下列问题： (1)第①阶段向培养液中通入3% CO2，目的是________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)第②阶段大肠杆菌干重下降的主要原因是________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)据图分析，限制第③阶段衣藻干重增加的主要因素是________；第④阶段衣藻和大肠杆菌的干重均增加，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)该系统对助力实现碳中和目标的优势是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)衣藻含有叶绿体，能进行光合作用，第①阶段向培养液中通入3% CO2(高浓度)能为衣藻光合作用提供原料，并且抑制光呼吸。(2)该培养系统中衣藻可以光合自养，而大肠杆菌只能依赖衣藻产生的甘醇酸作为唯一碳源，第②阶段大肠杆菌干重下降的主要原因是培养系统中衣藻生成的甘醇酸耗尽，大肠杆菌缺乏碳源。(3)第③阶段进行通入空气＋光照120 μE处理，第④阶段进行通入空气＋光照240 μE处理，与第③阶段相比，提高光照强度的第④阶段衣藻干重增加，因此限制第③阶段衣藻干重增加的主要因素是光照强度。第④阶段提高了光照强度导致衣藻光反应增强，一方面使衣藻暗反应合成有机物增多，另一方面CO2/O2的值下降使衣藻产生更多甘醇酸，为大肠杆菌提供更多碳源，因此两者干重均增加。(4)衣藻—大肠杆菌共培养系统中，衣藻通过光呼吸生成甘醇酸，大肠杆菌利用甘醇酸合成目标产物，该系统可以持续利用CO2合成高价值生物产品，经济效益高。 答案：(1)为衣藻光合作用提供原料，抑制光呼吸，促进衣藻进行光合作用，有利于衣藻大量繁殖　(2)培养系统中的甘醇酸耗尽，大肠杆菌缺乏碳源　(3)光照强度　光照强度提高导致衣藻光反应增强，一方面使衣藻暗反应合成有机物增多；另一方面CO2/O2的值下降使衣藻产生更多甘醇酸，为大肠杆菌提供更多碳源　(4)能持续利用CO2生产高价值生物产品 4．(2026·辽宁沈阳模拟)早春出现的“倒春寒”易导致植物发生光抑制现象，即植物对光能的吸收量超过利用量，过剩的光能抑制了光合作用。科研人员用低温弱光模拟这种环境胁迫来研究桃树光抑制发生的机制。回答下列问题： (1)如图1所示，高等植物叶肉细胞的叶绿体内含有两个光系统：光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)，它们位于__________________。光照下，PSⅡ将电子传递给PSⅠ，促进图中“？”________的合成，进而为暗反应提供了________________________________________________________________________。 (2)图2为不同实验条件下桃树叶片的相关生理指标。 据图2分析可知： ①仅低温胁迫__________(填“会”或“不会”)破坏光系统。 ②低温前提下，弱光导致的光抑制现象可能是由________(填“PSⅠ”“PSⅡ”或“PSⅠ和PSⅡ”)被破坏而导致的，判断依据是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③低温弱光胁迫的0～3 h，桃树叶片会通过________________________________________来降低过剩光能对光系统的伤害，但随时间延长，光系统受损严重导致光抑制加重。 (3)农业上常通过补充蓝光来改善“倒春寒”引起的光抑制现象，请结合上述研究，推测相关机理为____________________________________________________________________________________________。 解析：(1)由题图1可知，光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)参与光反应，而光反应发生在类囊体薄膜上，故PSⅠ和PSⅡ位于类囊体薄膜。题图1中，PSⅡ吸收光能将H2O分解产生H＋、e－和O2，PSⅡ将电子传递给PSⅠ，电子经传递最终与H＋和NADP＋结合生成NADPH，故图中的“？”为NADPH，NADPH为暗反应提供能量和还原剂。(2)①题图2中，随着处理时间的延长，低温＋黑暗组的PSⅠ和PSⅡ的活性几乎不变，说明仅低温胁迫不会破坏光系统。②随着处理时间的延长，低温＋弱光组PSⅠ活性几乎不变，PSⅡ活性逐渐降低，故在低温前提下，弱光导致的光抑制现象可能是由PSⅡ被破坏而导致的。③0～3 h，低温弱光胁迫组中，PSⅡ以热能形式消耗的过剩光能明显增加，故可推测桃树叶片会通过增加PSⅡ以热能形式消耗光能的量来降低过剩光能对光系统的伤害，但随时间延长，光系统受损严重导致光抑制加重。(3)由于低温＋弱光组PSⅠ活性几乎不变，PSⅡ活性降低，故农业上补充蓝光来改善“倒春寒”引起的光抑制现象，推测其机理是蓝光能提高PSⅡ活性，或者蓝光能增加PSⅡ以热能形式消耗光能的量。 答案：(1)类囊体薄膜　NADPH　能量和还原剂　(2)①不会　②PSⅡ　随低温弱光胁迫时间的延长，PSⅠ的活性几乎不变，PSⅡ的活性逐渐降低　③增加PSⅡ以热能形式消耗光能的量 (3)蓝光能提高PSⅡ活性(或蓝光能增加PSⅡ以热能形式消耗光能的量) 5．小麦、水稻等大多数植物，在暗反应阶段CO2被C5固定以后形成C3，进而被还原成(CH2O)，这类植物称为C3植物。玉米、甘蔗等原产于热带的植物，CO2中的碳首先转移到草酰乙酸(C4)中，然后转移到C3中，这类植物称为C4植物，其固定CO2的途径如图1所示。芦荟、仙人掌等植物白天气孔关闭、夜间气孔开放，这类植物在进化中形成了特殊的固碳途径，如图2所示，这类植物称为CAM植物。(注：PEP羧化酶比RuBP羧化酶对CO2的亲和力更强) 据图回答下列问题： (1)C4植物的光反应发生在________细胞。在炎热干旱夏季的中午，C4植物比C3植物的优越性表现为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)CAM植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于____________________过程，夜晚其叶肉细胞能产生ATP的场所是________________________________________________________________________。 (3)蝴蝶兰因花色艳丽、花姿优美、开花期长，一直以来深受爱花者的青睐。有人想在室内大量培养蝴蝶兰，又担心植物过多在夜晚会释放大量的CO2不利于健康。请你根据图1、图2的固碳途径，利用CO2传感器，设计实验探究蝴蝶兰是否是CAM植物。 实验思路：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 实验结果和结论：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)结合题图1可知，叶肉细胞的叶绿体中有类囊体而没有RuBP羧化酶，因此可以进行光反应，不能进行暗反应；C4植物的PEP羧化酶对CO2的亲和力比RuBP羧化酶强，该酶起“二氧化碳泵”的作用，把外界CO2“压”进维管束鞘薄壁细胞中，增加维管束鞘薄壁细胞中的CO2。所以，在炎热干旱的环境中，叶片关闭大量气孔以减少水分的散失，导致叶片中CO2浓度大大下降，在这样的环境中，C4植物在较低CO2浓度时光合速率高于C3植物。(2)结合题图2可知，CAM植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于呼吸过程的释放和苹果酸分解；夜晚其叶肉细胞能产生ATP的过程是呼吸作用，场所是细胞质基质和线粒体。(3)CAM植物白天气孔关闭、夜间气孔开放，因此要设计实验探究蝴蝶兰是否是CAM植物，可将蝴蝶兰种植在透明的密闭容器内，置于自然环境中，利用CO2传感器测定容器中白天和夜晚CO2含量变化的差异，若白天CO2含量不变，夜间CO2含量下降，则为CAM植物；若白天CO2含量下降，夜间CO2含量增多，则不是CAM植物。 答案：(1)叶肉　炎热干旱夏季的中午，植物气孔大量关闭，外界CO2不易进入细胞，细胞内CO2浓度较低，而C4植物的PEP羧化酶比RuBP羧化酶对CO2的亲和力更强，可以利用低浓度的CO2　(2)苹果酸分解和细胞呼吸(有氧呼吸)　细胞质基质和线粒体　(3)在自然环境下的透明密闭装置内种植蝴蝶兰，利用CO2传感器测定其白天和夜晚CO2含量变化的差异　若密闭容器内白天CO2含量不变，夜间CO2含量下降，则为CAM植物；若白天CO2含量下降，夜间CO2含量增多，则不是CAM植物 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