第3单元 微专题6 光呼吸及CO2固定的三条途径 (教用Word)-【精微方案】2027年高考一轮总复习讲义·生物

该高中生物学高考复习讲义围绕光呼吸及CO₂固定的C₃、C₄、CAM三条途径等核心考点，按“机制-过程-意义-途径对比”逻辑架构知识体系，通过考点梳理明确Rubisco竞争机制、不同途径时空差异，结合方法指导和真题训练，帮助学生构建光合作用知识网络，突破难点。 资料以生命观念和科学思维为导向，创新采用对比教学法分析C₄空间分隔与CAM时间分隔差异，设计“真题情境-问题拆解”活动，如通过温度光照对光合速率影响曲线培养数据解读能力，设置基础理解、综合应用分层练习，为教师把控节奏提供路径，助力提升学生应考能力。

　　　　　　　　　　　　光呼吸及CO2固定的三条途径 1．光呼吸 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 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光合产物的25%～30%。过程如下图所示： (2)意义 光呼吸对生物体有一定的危害。如果在较强光下，光呼吸加强，使C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义，光呼吸可以回收碳元素，防止强光对叶绿体的破坏。 2．CO2固定的三条途径 (1)C3途径：C3途径是碳同化的基本途径，也称为卡尔文循环，可合成糖类等多种有机物。C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成光合产物等。 通过C3途径固定CO2的植物称为C3植物，C3植物属于高光呼吸植物类型，光合速率较低，其种类多，分布广，多生长于暖湿条件下，如大多数树木、粮食类植物、烟草等。 (2)C4途径：通过C4途径固定CO2的植物称为C4植物，它们主要是生活在干旱热带地区的植物。在这种环境中，植物若长时间开放气孔吸收CO2，会导致水分通过蒸腾作用过快散失。所以，植物只能短时间开放气孔，CO2的摄入量必然少。植物必须利用这少量的CO2进行光合作用，合成自身生长所需的物质。 C4植物的两次固定在空间上分开：在叶肉细胞内固定CO2，在维管束鞘细胞中同化CO2。 (3)景天酸代谢：CAM途径 ①指生长在热带或亚热带干旱及半干旱地区的一些肉质植物所具有的一种光合固定CO2的附加途径。具有这种途径的植物称为CAM植物。 ②该途径的特点是CAM植物气孔晚上开放，将CO2生成苹果酸等进行固定；白天气孔关闭，苹果酸等则由液泡转入叶绿体中释放CO2，再通过卡尔文循环转变成糖。这是植物对干旱环境的适应。 ③CAM植物两次固定在时间上分开：在晚上固定CO2，在白天同化CO2。 1．(2026·百师联盟高三联考)甘蔗和菠萝是我国南方重要的经济作物。菠萝光合作用固定CO2有两个途径，晚上气孔开放，从外界吸收CO2并以苹果酸的形式储存在液泡中，白天气孔部分或全部关闭，CO2来自细胞内部，菠萝的CO2固定途径如图1所示；甘蔗光合作用能固定低浓度CO2生成C4，其CO2固定途径如图2所示；甘蔗和菠萝都能适应干旱环境。图3为温度和光照强度对甘蔗光合速率的影响曲线，光照强度为5 klx时两曲线相交。回答下列问题： (1)光合作用过程中，光合色素吸收的光能用于驱动水的分解和__________________的合成。图2中物质X是________，维管束鞘细胞不能进行光合作用的________过程，原因是________________________________________________________________________________________________。 (2)甘蔗能适应干旱环境是因为叶肉细胞中的P酶与CO2的亲和力________(填“高”或“低”)；将菠萝置于干旱条件下培养，一段时间后，其叶肉细胞细胞液的pH在晚上会降低，原因是________________________________________________，菠萝进行卡尔文循环所需CO2的来源是__________________________________________________________________________________________________。 (3)图3中25 ℃条件下，光照强度为5 klx时甘蔗的真正光合速率________(填“大于”“等于”或“小于”)P点代表的真正光合速率，两条曲线的相交点表示的含义为_____________________________________________。 解析：(1)叶绿体中光合色素吸收的光能有以下两方面用途：一是将水分解为氧和H＋，H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP，ATP、NADPH为暗反应中C3的还原提供能量。物质X与CO2结合生成C3，故物质X是C5。在维管束鞘细胞中只能进行光合作用的暗反应，从结构上分析，其原因可能是维管束鞘细胞的叶绿体中没有基粒，无法吸收和转化光能，故不能进行光反应。(2)与C3植物相比，甘蔗等C4植物叶肉细胞中固定CO2的P酶与CO2的亲和力更高，故C4植物可以利用低浓度的CO2，使得C4植物对干旱环境的适应能力强。由题图1可知，由于夜间菠萝叶肉细胞合成苹果酸，夜间细胞呼吸产生CO2形成H2CO3，所以菠萝叶肉细胞夜间pH下降。菠萝叶肉细胞夜间气孔开放，吸收的CO2转化成苹果酸储存在液泡中，白天气孔部分或全部关闭，液泡中的苹果酸脱羧会释放出CO2用于光合作用；同时，细胞呼吸会产生CO2，也能为光合作用提供原料。(3)题图3中，在25 ℃条件下，5 klx光照强度时甘蔗的真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝6＋4＝10，P点代表的真正光合速率＝8＋2＝10，故5 klx光照强度时甘蔗的真正光合速率等于P点代表的真正光合速率。该曲线表示光照强度对净光合速率的影响，两条曲线的交点处表示25 ℃和15 ℃条件下，光照强度为5 klx时两者净光合速率相等。 答案：(1)ATP、NADPH　C5　光反应　维管束鞘细胞的叶绿体中没有基粒(或类囊体)　(2)高　夜间叶肉细胞合成苹果酸，细胞呼吸产生CO2形成H2CO3　呼吸作用和苹果酸脱羧作用　(3)等于　净光合速率相等 2．在拟南芥叶肉细胞中，有机物分解释放CO2的代谢途径有光呼吸和细胞呼吸等，其中，光呼吸与光合作用密切关联，二者强度受CO2和O2相对浓度等因素调节。相关有机物的演变及其关键酶促反应如图1所示，回答下列问题： (1)细胞呼吸代谢途径与光呼吸存在交集，都与生命活动的能量代谢有关。请参考图1中的表示形式，在虚线框中补充有关的物质变化，使各代谢途径联系在一起。 (2)在适宜条件下，突然停止光照，水稻叶片CO2释放量先上升后下降，然后逐渐稳定。据图1分析，叶片CO2释放量下降的原因是光反应停止后，__________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)图1中GDC酶主要分布在叶肉细胞，在非光合组织中含量极低，H蛋白是其重要组分。为了探究H蛋白对拟南芥幼苗生长的影响，研究者在充足光照条件下，做了相关研究，结果如下： ①强光下，光、暗反应失衡，过剩能量会转移给O2，形成氧自由基。图2中H组和HS组光合速率高于WT组的原因是__________________________________________，从而减少氧自由基的含量，使叶绿体的膜损伤程度降低，有利于光反应强度的维持。 ②检测结果表明，与WT组相比，H组植株光合速率更高，但生长却受到了抑制。对此，某同学给出的解释之一是在H组植株的线粒体中，“2C2→C3＋CO2”(脱羧反应)的反应增强，改变了线粒体内的NADH和NAD＋的比例，影响其能量代谢的平衡，使细胞呼吸分解的有机物增多，导致干重下降。对于这个解释，另一位同学认为不合理，他的理由可能是__________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(答出1点即可)。 (4)综合本题信息，若要在强光下提高大棚蔬菜产量，除“在叶中过量表达H基因”外，还可以采取的措施有______________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(答出1点即可)。 解析：(1)虚线框中的代谢反应发生在线粒体基质中，结合图中线粒体基质内的物质，判断相关过程为有氧呼吸第二阶段，在该阶段，丙酮酸与水反应，生成CO2和NADH。(2)停止光照，光反应停止，不再产生NADPH和ATP，原有的NADPH和ATP逐渐耗尽，导致C3还原过程受阻，无法再生成C5；光呼吸过程中C5与O2反应生成C2，C2在GDC酶的催化下生成CO2，C5的减少导致该过程受阻，同时光呼吸是消耗能量的过程，ATP的减少也导致该过程受阻，因此叶片CO2的释放量下降。(3)①据题干信息可知，H蛋白是GDC酶的重要组分，H组和HS组的H基因都过量表达，H蛋白的含量较高，促进光呼吸过程中C2生成C3和CO2，消耗强光下过剩的能量，从而减少了氧自由基的含量，进而降低了叶绿体的膜损伤，有利于光反应强度的维持。②据题干信息知，H组H基因全株过量表达，GDC酶在非光合组织中含量极低，仅提高H蛋白的含量不能增强非光合细胞中GDC酶参与的脱羧反应，对非光合细胞线粒体中NADH和NAD＋的比例影响不大，对非光合细胞的呼吸影响较小，无法解释H组干重下降的原因，因此该说法不合理。(4)强光下光能过剩会损伤叶绿体，导致光合速率下降，可以适当增强光呼吸，如增加大棚内O2的含量促进光呼吸过程，或适量使用光呼吸促进剂等，消耗过剩的能量，降低对叶绿体的损伤，从而提高大棚蔬菜的产量。 答案：(1)如图所示 (2)NADPH和ATP逐渐耗尽导致C5无法再生，光呼吸因缺乏C5和ATP而逐渐减弱　(3)①H蛋白含量增加促进光呼吸，消耗过剩能量　②GDC酶在非光合细胞中含量极低，仅提高H蛋白含量不足以增强脱羧反应(合理即可)　(4)适当提高大棚内O2的相对含量或适量使用光呼吸促进剂等(合理即可) 学科网（北京）股份有限公司 $