第3单元 专题加强1 CO2浓缩的三种途径-【优化探究】2027年高考生物学一轮复习高考总复习配套课件（广东专版）

该高中生物学高考复习课件聚焦“细胞的能量供应和利用”单元核心考点，重点梳理光合作用CO₂浓缩的C₄途径、CAM途径及蓝细菌机制，对接高考评价体系中生命观念与科学思维的考查要求，通过近三年广东模拟题及2024年广东卷真题分析，明确“途径比较”“适应意义”“实验设计”等高频考点分布，归纳选择、填空及实验探究典型题型，提升备考针对性。 课件亮点在于“真题解析+素养导向”的复习策略，如结合2024广东卷黑藻碳浓缩实验题，运用对比法构建三种途径知识网络，培养进化与适应观；通过¹⁴C标记法分析碳转移路径，强化科学思维。特设“易错点警示”（如PEPC与Rubisco活性比较），助力学生掌握实验设计变量控制技巧，教师可据此实施精准复习，高效提升学生应试能力。

细胞的能量供应和利用 第三单元 1 内容索引 NEIRONGSUOYIN 专题加强1　CO2浓缩的三种途径 2 光合作用固定CO2的途径除了卡尔文循环以外，还有C4途径和景天酸代谢(CAM)途径等。 (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)景天科植物的CO2固定途径(CAM途径) 景天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，储存于液泡中。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。 1.(2026·广东佛山模拟)原产热带地区的玉米等C4植物的叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)催化CO2与磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)结合形成草酰乙酸(C4)，草酰乙酸被NDPH还原成苹果酸，苹果酸通过胞间连丝从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞，在酶的催化下生成丙酮酸和CO2，CO2被核酮糖－1，5－二磷酸(RuBP，C5)固定进入C3途径(卡尔文循环)；丙酮酸再次进入叶肉细胞叶绿体，转化为PEP继续固定CO2。上述途径可以保证较低CO2浓度下植物对CO2的利用。下列相关说法错误的是(　　) A.玉米等C4植物的维管束鞘细胞中能进行光合作用的暗反应 B.上述途径中催化RuBP固定CO2的酶比PEPC的活性更强 C.同位素标记法可追踪CO2浓缩机制中碳的转移过程及相应场所 D.上述CO2的固定途径是植物对高温环境水分过度蒸发的适应 对点训练 B 解析：由题意“苹果酸通过胞间连丝从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞，在酶的催化下生成丙酮酸和CO2，CO2被核酮糖－1，5－二磷酸(RuBP，C5)固定进入C3途径(卡尔文循环)”可知，玉米等C4植物的维管束鞘细胞中能进行光合作用的暗反应，A正确；因为在较低浓度下，PEPC能固定CO2，故PEPC固定CO2的能力要强于RuBP，催化PEPC固定CO2的酶比RuBP的活性更强，B错误；要验证CO2浓缩机制中碳的转移过程及相应场所，可以采用同位素标记法，利用同位素追踪物质的运行和变化规律，C正确；高温环境下蒸发过度，植物气孔部分关闭，导致胞间CO2浓度降低，而PEPC羧化酶仍可以高效固定CO2，保持其光合速率不受明显影响，故题述CO2的固定途径是植物对高温环境水分过度蒸发的适应，D正确。 2.(2026·广东深圳模拟)在进化过程中，某些藻类进化出专门的CO2浓缩机制(CCM)，使叶绿体内的CO2浓度远高于海水(如图所示)，该机制比植物作物能更有效地进行光合作用。回答下列问题。 (1)图中HC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___________ ____________。  叶绿体　 细胞呼吸和 光合作用 解析：分析图示可知，HC运输需要消耗ATP，说明HC的运输方式为主动运输，主动运输一般是逆浓度运输，由此推断图中HC浓度最高的场所是叶绿体。该过程中，细胞质基质需要的ATP由细胞呼吸提供，叶绿体中的ATP由光合作用提供。 (2)藻类细胞中，CO2在Rubisco的催化下被固定，其产物在光反应提供的_______________和有关酶的催化下被还原成糖类。在CO2供应充足的情况下，若突然停止光照，则短时间内C5的含量将____________(填“上升”“不变”或“下降”)。  NADPH、ATP　 下降 解析：藻类细胞中，CO2在Rubisco的催化下被固定，其产物在光反应提供的NADPH、ATP和有关酶的催化下被还原成糖类。在CO2供应充足的情况下，若突然停止光照，则光反应停止，光反应为暗反应过程提供的NADPH和ATP量减少，导致C3还原生成C5的速率下降，而CO2的固定过程仍然正常进行，因此，C5的含量将下降。 (3)在水中，CO2与HC可相互转化，当环境中CO2浓度较低时，具有 CCM机制的藻类是以HC形式而不是以CO2形式在细胞内富集无机碳。 从物质跨膜运输的角度分析，其原因是____________________________ _______________________________________________。  CO2以自由扩散方式跨膜，难以富集；HC以主动运输方式跨膜，易于富集 解析：在水中CO2与HC可相互转化，当环境中CO2浓度较低时，由于CO2通过自由扩散跨膜，难以富集，HC以主动运输方式跨膜，易于富集，故具有CCM机制的藻类会以HC的形式而不是CO2的形式在细胞内富集无机碳。 3.(2025·广东广州模拟)广东省 徐闻县盛产菠萝，有“菠萝的 海”美誉。在进化过程中，菠 萝形成了如图所示的特殊光合 作用机制，能适应干旱高温的 生长环境。 回答下列问题。 (1)据图可知，能与CO2结合的物质有______________________。用14C标记环境中的CO2，则菠萝利用其合成(CH2O)过程中，14C的转移途径为_______________________________________________。  磷酸烯醇式丙酮酸、C5 14CO2→草酰乙酸→苹果酸→14CO2→14C3→(14CH2O) 解析：分析题图可知，CO2能与磷酸烯醇式丙酮酸结合转化为草酰乙酸，CO2还能参与卡尔文循环，与C5结合生成C3。菠萝的特殊光合作用机制是夜晚气孔开放，吸收CO2并转化为苹果酸储存起来，白天气孔关闭，将夜晚储存的苹果酸分解形成CO2参与卡尔文循环，因此用14C标记环境中的CO2，则菠萝利用其合成(CH2O)过程中，14C的转移途径为14CO2→草酰乙酸→苹果酸→14CO2→14C3→(14CH2O)。 (2)参与卡尔文循环的CO2的来源包括______________________________ _________。菠萝将CO2固定与卡尔文循环在时间上分隔的意义是____________________________________，从而适应干旱高温的环境。  苹果酸分解释放、细胞呼吸作用 产生 保证光合作用正常进行、减少水分蒸发 解析：分析题图并结合细胞代谢有关知识可知，参与卡尔文循环的CO2的来源包括苹果酸分解释放、细胞呼吸作用产生。菠萝将CO2固定与卡尔文循环在时间上分隔的意义是保证光合作用正常进行、减少水分蒸发，有利于菠萝抵抗干旱高温胁迫。 (3)菠萝心腐病是由疫霉属真菌引起的土传病害，严重影响菠萝产量。枯草芽孢杆菌是农业上常用的一种促进农作物生长发育、提高土壤抗病性的生防菌。某团队通过田间实验，研究不同施肥方式对心腐病、土壤化学性质及根际土壤细菌多样性的影响，结果如表。 施肥 方式 发病率 /% 致病菌数量/ (logCFU·g－1) pH 有机 物质 /% 土壤微生 物群落物 种多样性 CK 17.33 3.83 4.93 0.12 4.2 YJ 15.00 3.71 6.02 0.31 4.6 KN 7.67 3.15 5.76 0.52 4.8 KY 11.67 3.23 6.10 0.72 5.9 注：CK：化肥处理；YJ：普通有机肥处理；KN：羊粪有机肥＋泥炭土＋枯草芽孢杆菌；KY：羊粪有机肥＋椰糠＋枯草芽孢杆菌。 ①根据实验结果可知，预防心腐病效果最好的施肥方式是___________ (填“CK”“YJ”“KN”或“KY”)。为进一步研究枯草芽孢杆菌提高 土壤抗病性的原理，研究人员可作出的假设是_____________________ ________________________________， 进而抑制疫霉属真菌数量。 KN 枯草芽孢杆菌可提高土 壤的pH和土壤中微生物的多样性 解析：分析题图可知，KN处理后菠萝心腐病的发病率最低，预防心腐病效果最好。为进一步研究枯草芽孢杆菌提高土壤抗病性的原理，研究人员可作出的假设是枯草芽孢杆菌可提高土壤的pH和土壤中微生物的多样性。 ②要验证①所提出的假设，接下来的研究方向是__________________ _______________________________________________________。  探究土壤pH对疫 霉属真菌的影响(或探究土壤中微生物与疫霉属真菌的关系) 解析：要验证①所提出的假设，接下来的研究方向是探究土壤pH对疫霉属真菌的影响。 4.(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。  解析：由于湖底光照不足，导致原有沉水植物光合作用合成的有机物少于呼吸作用消耗的有机物，生物量减少不足以维持生长，最终衰退和消亡。 呼吸作用消耗 (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_________ _________________________________。  解析：据图a分析，苦草、黑藻、金鱼藻的最大光合速率对应的光照强度依次升高，因此生态恢复后，该湖泊形成以上述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③②①。 ③②① 三者最大 光合速率对应的光照强度依次升高 (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。 解析：据图b分析，金鱼藻除藻率高，黑藻除氮率高，苦草除磷率高，三者配合能高效去除氮、磷和藻，能实现综合治理效果。 金鱼藻除藻率高，黑藻 除氮率高，苦草除磷率高 (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 ______________ 金鱼藻　 500 CO2浓度较低且相同　 O2释放量 解析：由图a可知，在光照强度为 500 μmol·m－2·s－1时，金鱼藻和黑藻光合速率相同，在不同光照强度下，苦草的光合速率均明显低于黑藻，所以应选择金鱼藻作为对照组验证黑藻的碳浓缩优势且控制光照强度为 500 μmol·m－2·s－1。为了验证黑藻的碳浓缩优势，实验需要在CO2浓度较低的环境下进行，并且控制CO2浓度相同，通过测量O2释放量，比较两种植物的净光合速率，判断二者的竞争力。 (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：_________________________ __________________________________________________________。  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 解析：针对题述两个实际问题，可提出的解决措施是合理引入浮水植物， 减弱沉水植物的强光抑制；合理引入以沉水植物凋落叶片为食物的生物。 $