2027届高三生物一轮复习讲义 微专题 C4植物、CAM植物、光呼吸等特殊代谢类型（植物对环境的适应）

该高中生物学高考复习讲义聚焦C4植物、CAM植物、光呼吸等特殊代谢类型核心考点，围绕植物对环境的适应机制，按代谢类型系统梳理特征、过程及适应意义，通过考点整合、对比分析方法指导与高考真题训练，帮助学生构建知识网络，突破复习难点。 资料以高考真题为载体，融合科学思维与探究实践，如设计验证黑藻碳浓缩优势的实验活动，对比C3/C4/CAM的CO2固定机制，培养学生分析与实验能力。分层训练覆盖不同考情，确保高效复习，助力学生提升应考能力，为教师把控复习节奏提供清晰指导。

2027届高三一轮·生物学科·复习资料 微专题 C4植物、CAM植物、光呼吸等特殊代谢类型（植物对环境的适应） 热点 考情速览 光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型 2025·广西卷，18；2025·陕晋宁青卷，7； 2024·黑吉辽卷，21；2024·广东卷，20；2024·吉林卷 2023·湖南卷，17 2022·全国甲卷 类型一 C4植物 ·玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，适于在高温、干燥和强光的条件下生长。 ·C4植物的光合作用过程： ①场所：C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体，能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体，所以C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上，而CO2的固定发生在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质中，(CH2O)合成在维管束鞘细胞的叶绿体基质中。 ②两次CO2固定：CO2＋C3→C4、 CO2＋C5→2C3。 ③亲和力：C4植物PEP羧化酶对CO2具有很强的亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利用细胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不能，故在高温、光照强烈、干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好，C4植物无“光合午休”现象。　　　 (2022·全国甲卷，29)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题： (1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是____________________(答出3点即可)。 (2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是 __________________________________________________________________ _________________________________________(答出1点即可)。 (3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是 ____________________________________________________________________。 （2024·广东卷，20）某湖泊曾处于重度富营养化状态，水面漂浮着大量浮游藻类。管理部门通过控源、清淤、换水以及引种沉水植物等手段，成功实现了水体生态恢复。引种的3种多年生草本沉水植物（①金鱼藻、②黑藻、③苦草，答题时植物名称可用对应序号表示）在不同光照强度下光合速率及水质净化能力见图。回答下列问题： (1)湖水富营养化时，浮游藻类大量繁殖，水体透明度低，湖底光照不足。原有沉水植物因光合作用合成的有机物少于 的有机物，最终衰退和消亡。 (2)生态恢复后，该湖泊形成了以上述3种草本沉水植物为优势的群落垂直结构，从湖底到水面依次是 ，其原因是 。 (3)为了达到湖水净化的目的，选择引种上述3种草本沉水植物的理由是 ，三者配合能实现综合治理效果。 (4)上述3种草本沉水植物中只有黑藻具（C4光合作用途径（浓缩CO2形成高浓度（C4后，再分解成（CO2传递给C5）使其在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用，在水生植物群落中竞争力较强。根据图a设计一个简单的实验方案，验证黑藻的碳浓缩优势，完成下列表格。 实验设计方案 实验材料 对照组：       实验组：黑藻 实验条件 控制光照强度为 μmol·m-2·s-1 营养及环境条件相同且适宜，培养时间相同 控制条件 测量指标 (5)目前在湖边浅水区种植的沉水植物因强光抑制造成生长不良，此外，大量沉水植物叶片凋落，需及时打捞，增加维护成本。针对这两个实际问题从生态学角度提出合理的解决措施 。 类型二 CAM植物（景天科植物） ·仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合于干旱地区，其特点是气孔夜间开放，白天关闭。 ①CAM植物夜间吸入CO2，淀粉经细胞呼吸第一阶段形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在PEP羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中(从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降)。 ②白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以再还原成三碳糖，最后合成淀粉(从而表现为白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升)。 ③从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚，该类植物不能合成葡萄糖，原因是没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 ④如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变。 ⑤分析图中信息推测，CAM途径是对干旱环境的适应；该途径除维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。　　　 (2021·全国乙卷，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)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，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和________释放的CO2。 (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止________________，又能保证____________正常进行。 (3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果) 类型三 光呼吸 ·光呼吸是在低CO2含量，高O2含量环境下与光合作用同时发生的生理过程。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。光呼吸是一个“耗能浪费”的生理过程，因此，抑制植物的光呼吸可实现农作物的增产。 ·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的反应(加氧)，其催化方向取决于CO2/O2的值： ①该比值增大，羧化反应增强，进行光合作用； ②该比值减小，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。 光呼吸的有利影响——减少光抑制 在高光强、高温、干旱环境下，蒸腾作用很强导致气孔大量关闭，光反应速率大于暗反应速率，叶肉细胞中积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，损伤叶绿体导致光抑制。此时，光呼吸产生的C3可为暗反应阶段提供原料，会消耗多余的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害，减少光抑制。同时，，体现光呼吸对植物有重要的正面意义，是在长期生物进化过程形成的对环境变化的适应性机制。　　　 （2025·陕山宁青，17） 叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图（a）。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图（b）。回答下列问题。 （1）R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的________，产物C3在光反应生成的________参与下合成糖类等有机物。 （2）植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图（a）（b）可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是________________。 （3）保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率________（填“增大”或“减小”）；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度________（填“大”“小”或“无法判断”）。 （4）若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果： 。 （2024·吉林卷，21）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。 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的来源除了有外界环境外，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 。 （2025·广西卷，18）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比值影响)；工程化大肠杆菌利用甘醇酸合成高价值生物产品。实验过程及结果见图。回答下列问题： 注：μE为光照强度单位μmol·m－2·s－1。 (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 （2023·湖南卷，17）下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450μmol·L-1（K越小，酶对底物的亲和力越大）,该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC对CO2的Km为7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题： （1）玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是______（填具体名称）,该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成______（填"葡萄糖""蔗糖"或"淀粉"）后，再通过_____长距离运输到其他组织器官。 （2）在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度_____（填"高于"或"低于"）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 ____________（答出三点即可）。 （3）某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是_____________（答出三点即可）。 （2024·重庆卷，18）重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的光饱和（光合速率不再随光强增加而增加）和光抑制（光能过剩导致光合速率降低）现象。 （1）探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员对黄连的光合特征进行了研究，结果见图1。 ①黄连的光饱和点约为________umol*m-2*s-1。光强大于1300umol*m-2*s-1后，胞间二氧化碳浓度增加主要是由于________。 ②推测光强对黄连生长的影响主要表现为_____。黄连叶片适应弱光的特征有 （答2点）。 （2）黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏（主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体），为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向（题图2）的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括 （多选）。①叶片叶绿体避光运动，②提高光合产物生成速率，③自由基清除能力增强，④提高叶绿素含量，⑤增强热耗散。 （3）生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施施及其作用是 。 1 学科网（北京）股份有限公司 $2027届高三一轮·生物学科·复习资料 微专题 C4植物、CAM植物、光呼吸等特殊代谢类型（植物对环境的适应） 热点 考情速览 光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型 2025·广西卷，18；2025·陕晋宁青卷，7； 2024·黑吉辽卷，21；2024·广东卷，20；2024·吉林卷 2023·湖南卷，17 2022·全国甲卷 类型一 C4植物 ·玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，适于在高温、干燥和强光的条件下生长。 ·C4植物的光合作用过程： ①场所：C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体，能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体，所以C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上，而CO2的固定发生在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质中，(CH2O)合成在维管束鞘细胞的叶绿体基质中。 ②两次CO2固定：CO2＋C3→C4、 CO2＋C5→2C3。 ③亲和力：C4植物PEP羧化酶对CO2具有很强的亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利用细胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不能，故在高温、光照强烈、干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好，C4植物无“光合午休”现象。　　　 (2022·全国甲卷，29)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题： (1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是____________________(答出3点即可)。 (2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是 __________________________________________________________________ _________________________________________(答出1点即可)。 (3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是 ____________________________________________________________________。 答案　(1)O2、NADPH和ATP　(2)叶片自身呼吸作用需要消耗一部分光合产物　(3)C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2 （2024·广东卷，20）某湖泊曾处于重度富营养化状态，水面漂浮着大量浮游藻类。管理部门通过控源、清淤、换水以及引种沉水植物等手段，成功实现了水体生态恢复。引种的3种多年生草本沉水植物（①金鱼藻、②黑藻、③苦草，答题时植物名称可用对应序号表示）在不同光照强度下光合速率及水质净化能力见图。回答下列问题： (1)湖水富营养化时，浮游藻类大量繁殖，水体透明度低，湖底光照不足。原有沉水植物因光合作用合成的有机物少于 的有机物，最终衰退和消亡。 (2)生态恢复后，该湖泊形成了以上述3种草本沉水植物为优势的群落垂直结构，从湖底到水面依次是 ，其原因是 。 (3)为了达到湖水净化的目的，选择引种上述3种草本沉水植物的理由是 ，三者配合能实现综合治理效果。 (4)上述3种草本沉水植物中只有黑藻具（C4光合作用途径（浓缩CO2形成高浓度（C4后，再分解成（CO2传递给C5）使其在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用，在水生植物群落中竞争力较强。根据图a设计一个简单的实验方案，验证黑藻的碳浓缩优势，完成下列表格。 实验设计方案 实验材料 对照组：       实验组：黑藻 实验条件 控制光照强度为 μmol·m-2·s-1 营养及环境条件相同且适宜，培养时间相同 控制条件 测量指标 (5)目前在湖边浅水区种植的沉水植物因强光抑制造成生长不良，此外，大量沉水植物叶片凋落，需及时打捞，增加维护成本。针对这两个实际问题从生态学角度提出合理的解决措施 。 【答案】(1)呼吸作用消耗 (2) ③②① 最大光合速率对应光强度依次升高 (3)①(金鱼藻)除藻率高，②(黑藻)除氮率高，③(苦草)除磷高 (4) 金鱼藻 500 二氧化碳浓度较低且相同 氧气释放量 (5)合理引入浮水植物，减弱沉水植物的光照强度；合理引入以沉水植物凋落叶片为食物的生物 类型二 CAM植物（景天科植物） ·仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合于干旱地区，其特点是气孔夜间开放，白天关闭。 ①CAM植物夜间吸入CO2，淀粉经细胞呼吸第一阶段形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在PEP羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中(从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降)。 ②白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以再还原成三碳糖，最后合成淀粉(从而表现为白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升)。 ③从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚，该类植物不能合成葡萄糖，原因是没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 ④如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变。 ⑤分析图中信息推测，CAM途径是对干旱环境的适应；该途径除维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。　　　 (2021·全国乙卷，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)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，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和________释放的CO2。 (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止________________，又能保证____________正常进行。 (3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果) 答案　(1)叶绿体、细胞质基质、线粒体　细胞呼吸 (2)蒸腾作用过强导致植物细胞过度失水　光合作用　(3)实验思路：取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B两组；将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其他条件相同且适宜；一段时间后，分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果：B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化，A组液泡中的pH夜晚明显低于白天。 类型三 光呼吸 ·光呼吸是在低CO2含量，高O2含量环境下与光合作用同时发生的生理过程。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。光呼吸是一个“耗能浪费”的生理过程，因此，抑制植物的光呼吸可实现农作物的增产。 ·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的反应(加氧)，其催化方向取决于CO2/O2的值： ①该比值增大，羧化反应增强，进行光合作用； ②该比值减小，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。 光呼吸的有利影响——减少光抑制 在高光强、高温、干旱环境下，蒸腾作用很强导致气孔大量关闭，光反应速率大于暗反应速率，叶肉细胞中积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，损伤叶绿体导致光抑制。此时，光呼吸产生的C3可为暗反应阶段提供原料，会消耗多余的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害，减少光抑制。同时，，体现光呼吸对植物有重要的正面意义，是在长期生物进化过程形成的对环境变化的适应性机制。　　　 （2025·陕山宁青，17） 叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图（a）。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图（b）。回答下列问题。 （1）R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的________，产物C3在光反应生成的________参与下合成糖类等有机物。 （2）植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图（a）（b）可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是________________。 （3）保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率________（填“增大”或“减小”）；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度________（填“大”“小”或“无法判断”）。 （4）若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果：________________。 【答案】（1） ①. 基质 ②. ATP、NADPH （2）植株S保卫细胞中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，碳反应速率加快 （3） ①. 减小 ②. 小 （4）实验思路：以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。 预期结果：植株T净光合速率小于植株W，植株S净光合速率大于植株W （2024·吉林卷，21）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。 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的来源除了有外界环境外，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） ①. 细胞质基质 ②. 线粒体基质 （3） ①. 光呼吸 ②. 呼吸作用 ③. 净光合速率=总光合速率-呼吸速率-光呼吸速率，7—10时，随着光照强度的增加，与WT相比，株系1、株系2因转基因，增强了总光合速率，降低了光呼吸强度 ④. 不能 ⑤. 总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率，在图3中，能看到净光合速率和呼吸作用速率，但无法得知光呼吸速率 （4）与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大 （2025·广西卷，18）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比值影响)；工程化大肠杆菌利用甘醇酸合成高价值生物产品。实验过程及结果见图。回答下列问题： 注：μE为光照强度单位μmol·m－2·s－1。 (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________。 答案　(1)为衣藻光合作用提供原料，同时增加CO2可抑制光呼吸，有利于衣藻光合作用合成有机物　(2)大肠杆菌为异养型生物，依赖衣藻产生的甘醇酸该阶段被消耗，大肠杆菌因缺乏碳源导致干重下降　(3)光照强度　光照强度提高导致衣藻光光合作用增强产生的有机物增加，另一方面，CO2/O2比值下降使衣藻光呼吸增强，产生更多甘醇酸，为大肠杆菌提供更多碳源　(4)可以持续利用CO2合成高价值生物产品。对光呼吸副产物甘醇酸资源化利用 （2023·湖南卷，17）下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450μmol·L-1（K越小，酶对底物的亲和力越大）,该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC对CO2的Km为7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题： （1）玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是______（填具体名称）,该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成______（填"葡萄糖""蔗糖"或"淀粉"）后，再通过_____长距离运输到其他组织器官。 （2）在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度_____（填"高于"或"低于"）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 ____________（答出三点即可）。 （3）某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是_____________（答出三点即可）。 【答案】（1） ①. 3-磷酸甘油醛 ②. 蔗糖 ③. 维管组织 （2） ①. 高于 ②. 高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸 （3）酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同 （2024·重庆卷，18）重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的光饱和（光合速率不再随光强增加而增加）和光抑制（光能过剩导致光合速率降低）现象。 （1）探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员对黄连的光合特征进行了研究，结果见图1。 ①黄连的光饱和点约为________umol*m-2*s-1。光强大于1300umol*m-2*s-1后，胞间二氧化碳浓度增加主要是由于________。 ②推测光强对黄连生长的影响主要表现为_____。黄连叶片适应弱光的特征有______（答2点）。 （2）黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏（主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体），为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向（题图2）的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括 （多选）。①叶片叶绿体避光运动，②提高光合产物生成速率，③自由基清除能力增强，④提高叶绿素含量，⑤增强热耗散。 （3）生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施施及其作用是 。 【答案】（1） ①. 500 ②. 光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加 ③. 黄连在弱光随光强增加生长快速达到最大，光照过强其生长受到抑制 ④. 叶片较薄，叶绿素较多，（叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更大） （2）①②③⑤ （3）合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应 1 学科网（北京）股份有限公司 $