第3单元 热点拓展2 光呼吸、C₄植物、CAM 植物等特殊代谢类型-【衡中学案】2027年高考生物一轮总复习学案（人教版）单选

4.(1)基质ATP、NADPH(2)植株S保卫细胞中G酶表达量提 微专题四电子传递链、化学渗透假说 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，植物对点落实 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：1.AO2在叶绿体的类囊体薄膜产生，在线粒体内膜被利用，故 加快(3)减小小(4)实验思路：以野生型植株W为参照， 叶绿体产生的O,被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜 构建G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和构建G酶表 (包括类囊体膜1层膜和叶绿体的内外膜)和线粒体的2层膜， 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 共5层生物膜，A错误；据图分析，NADP+与eˉ和H结合形成 件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率 NADPH,B正确：根据图中的信息，光反应产生的ATP可用于暗 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 反应、色素合成和核酸代谢等一些消耗能量的反应，C正确；电 大于植株W 子传递释放的能量用于H的逆浓度梯度运输，使类囊体腔内 解析：(1)叶绿体中R酶催化CO,固定，二氧化碳固定属于暗反 维持高浓度的日，H+由类囊体腔顺浓度梯度运输至叶绿体基 应过程，暗反应发生在叶绿体基质中。产物C,在光反应生成的 质，驱动ATP的合成，电子有序传递保证了ATP和NADPH的 ATP和NADPH的作用下合成糖类等有机物，其中ATP可以提 合成，是完成光能转换的重要环节，D正确 供能量，NADPH作为还原剂并提供能量。 2.（1)保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂低温(2)图 (2)结合图示和题干信息分析，相同光照条件下植株S保卫细 Ⅱ实验是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量 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 是来自光能还是来自类囊体膜内外H浓度差(3)类囊体膜 外H被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高水(4)NADPH 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 ATP和CO,增加CO,的浓度和适当提高环境温度 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 解析：(1)制备类囊体时，其提取液中需要添加适宜浓度的蔗 收加快，碳反应速率加快，从而使得植株S叶片的净光合速率高 糖，保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂，以保证其结构 于植株W。 完整。提取液应该保持低温以降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白 (3)叶绿体中R酶既能催化CO2国定，也能催化C与O2反应 被降解。 CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点，保持环境中CO, (2)从图Ⅱ实验中可知，在光照条件下，将处于pH=4的类囊体 浓度不变。当02浓度从21%升高到40%时，二氧化碳竞争R 转移到pH=8的锥形瓶中，再在遮光的条件下加入ADP和P, 酶的能力减弱，碳反应速率减小，因此植株S的净光合速率减 也产生了ATP,但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊 小。相较于植株W,植株S在相同条件下气孔开度相对较大， 体膜内外的H浓度差，因为图Ⅱ实验是在光照条件下对类囊 有利于二氧化碳的吸收，因此植株S的净光合速率变化幅度 体进行培养，无法证明某种能量是来自光能还是来自类囊体膜 较小。 内外H+浓度差。 (4)为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，以野生型 (3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液的p 植株W为参照，构建G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株 在光照处理时升高，推测可能是类囊体膜外日被转移到类囊 S,还需要补充的一个实验组是构建G酶表达量仅在保卫细胞 体膜内，造成溶液pH升高。类囊体膜内外的H浓度差是通过 中减少的植株（假设为T),实验思路是以野生型植株W为参 光合电子传递和H转运形成的，光反应过程中，水的分解伴随 照，构建G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和构建G酶 着电子的传递，故电子的最终来源物质是水。 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 (4)人工叶绿体能在光下生产目标多碳化合物，若要在黑暗条 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。 件下持续生产，则需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP, 根据上述分析，G酶有利于光合作用的进行，因此预期结果是植 以及暗反应的原料C0,。生产中发现即使增加光照强度，产量 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。 也不再增加，说明暗反应已经达到最大速率，增加CO2的浓度 5.(1)C02的固定(2)细胞质基质线粒体基质(3)光呼吸 和适当提高环境温度增加酶的活性，可有效提高光合效率。 细胞呼吸与WT相比，随着光照的增强，改变光呼吸的转基因 !3.(1)类囊体薄膜02、H、电子(eˉ)H0(2)转运H、催 株系1和2的光呼吸增长较慢，从而使其净光合速率增长较快 化ATP合成(3)在黑暗的条件下，在低pH缓冲液(pH=4)中 不能总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸 保育叶绿体一段时间，使类囊体腔的pH降低，加入ADP和P, 速率，由题图3中的数据无法获得株系1的细胞呼吸速率和光 并将叶绿体培养液的pH升高(pH=8),检测有无ATP生成 呼吸速率，因此不能计算出株系1的总光合速率(4)相同光 热点拓展二光呼吸、C4植物、 照强度或C02浓度下，株系1的净光合速率比株系2和WT的 CAM植物等特殊代谢类型 更高 突破训练 解析：(1)题图1中反应①是CO2和C5在酶的作用下形成C3, 1.(1)基质光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应C,和 此反应是发生在叶绿体基质中的CO,的固定过程。 C02结合减少，C,与02结合增加，产生的CO2增多（2)低 (2)以葡萄糖为反应物的有氧呼吸会在第一阶段产生少量的 喷施SoS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸（及呼吸 NADH,第二阶段产生大量的NADH,有氧呼吸第一阶段的场所 作用)释放的CO,减少，即叶片的CO2吸收量增加、释放量减 是细胞质基质，第二阶段的场所是线粒体基质。 少。此时，在更低的光照强度下，两者即可相等(3)100~300 (3)题图2中植物光合作用C0,的来源除了有外界环境外，还 解析：(1)光合作用过程中CO2与C,结合发生在叶绿体基质 可来自细胞呼吸和光呼吸。7一10时株系1和2与WT净光合 中，根据光呼吸的概念，叶肉细胞中O2与C02竞争性结合C, 速率逐渐产生差异，原因是与WT相比，随着光照的增强，改变 所以光呼吸中C5与O2结合的反应应该发生在叶绿体基质中。 光呼吸的转基因株系1和2的光呼吸增长较慢，从而使其净光 正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片中光反应停止， 合速率增长较快。总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率 产生的ATP、NADPH减少，使暗反应减弱，暗反应中CO2与C5 +光呼吸速率，由题图3中的数据无法获得株系1的细胞呼吸 结合减弱，则C5与O2结合增加，C02释放量增加。 速率和光呼吸速率，因此不能计算出株系1的总光合速率。 (2)据表可知，与未喷施SoBS溶液相比，喷施100mg/L SoBS溶 (4)据题图2和题图3可知，相同光照强度或C02浓度下，株系 液的水稻叶片光合作用强度增大即光合作用固定的C02增加 1的净光合速率比株系2和WT的更高，因此其积累的有机物 而光呼吸强度减小即光呼吸释放的CO2减少，再结合题干中 更多，产量可能更具优势。 S0BS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计，所以喷施 524 SoBS溶液后，叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。因此，在更 低的光照强度下，叶片光合作用吸收的CO,量和光呼吸与细胞 第四单元细胞的生命历程 呼吸释放的CO,量相等。 (3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，因此当光合作用 第1讲细胞的增殖 强度与光呼吸强度差值最大时，最有利于农作物增产。结合表 考点一细胞增殖和细胞周期 中数据可知，当喷施SoBS溶液浓度为200mg/L时，光合作用强 度与光呼吸强度差值最大，因此利于增产的最适喷施浓度应介 必备知识·夯实基础 于100~300mg/L之间。 知识巩固 2.(1)3-磷酸甘油醛蔗糖韧皮部（或筛管或韧皮部中的筛1.(1）细胞分裂(2)物质准备细胞分裂(3)生长、发育、繁 管)(2)高于玉米PEPC对CO2的亲和力大，利用低浓度 殖、遗传 CO2能力强；维管束鞘细胞中O2含量低，光呼吸弱；玉米叶肉细： 2.连续分裂下一次分裂完成时蛋白质DNA蛋白质 胞中的PEP与CO2反应生成C4,C4进入维管束鞘细胞后释放 教材隐含知识：(1)不一定相同不一定相同(2)细胞周期中， C02,使C0,得到浓缩，保障了暗反应的进行(3)水稻的光反：分裂间期所占的时间长(3)小鼠十二指肠上皮细胞周期中分 应强度不再增加：叶绿体内固定CO,的Rubisco酶的量有限：同！ 裂期所占时间相对较长，容易观察到处于分裂期的细胞 化产物转运能力不强 思维辨析 解析：（1)玉米的暗反应先在叶肉细胞中进行，在PEPC酶的催 (1)×(2)×(3)V(4)×(5)×(6)× 化下，PEP与CO2反应生成C4,C4转运到维管束鞘细胞后释放 剖析难点·考点突破 C0,再进行卡尔文循环，据此推理，并结合水稻的暗反应图示，精准命题 可知玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是3一磷酸甘油 例1：C根据表中I、Ⅱ组数据可知，Ⅱ组S期细胞比例明显 醛，在叶绿体内，其可用于淀粉等的合成，大部分运至叶绿体增多，故试剂K可以将细胞阻滞在S期，A错误；根据表中Ⅱ、Ⅲ 外，并转变成蔗糖。与葡萄糖相比，蔗糖属于非还原糖，较稳组数据可知，去除试剂K后，S期细胞比例大幅下降，G2+M期细 定，对渗透压影响也小，蔗糖通过筛管长距离运输到其他组织胞数目大幅增多，说明试剂K对细胞周期的阻滞作用是可逆的， 器官。 B错误；用药物甲处理后，I组细胞主要处于G,和S期，细胞调亡 (2)在干旱环境下，大部分气孔关闭，植物能吸收的CO2减少，！率较低，Ⅲ组细胞主要处于G2+M期，细胞调亡率较高，说明药物 与水稻叶肉细胞中的Rubisco酶相比，玉米叶肉细胞中的PEPC甲主要作用于G2+M期，促进细胞调亡，Ⅱ组处于G2+M期的细 酶对CO2的K小，酶对底物的亲和力大，玉米在较低浓度的：胞数目最少，凋亡率应最低，C正确；浆细胞已经高度分化，不再分 C02下仍能固定CO2进行光合作用；在高光照强度环境下，光裂，受药物甲的影响较小，造血干细胞分裂旺盛，受药物甲的影响 反应较强，产生的O2较多，与玉米维管束鞘细胞相比（水光解！较大，D错误。 的主要场所为叶肉细胞的叶绿体)，水稻叶肉细胞O,较多易进！ 例2：A植物根尖分生区组织细胞分裂旺盛，具有细胞周期， 行光呼吸，使得暗反应减弱；与水稻叶肉细胞相比，玉米叶肉细 观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂时需选取分生区的细胞， 胞紧密围绕维管束鞘，叶肉细胞中的PEP与CO2反应生成C4,A正确，C错误；分裂间期主要发生DNA的复制和有关蛋白质的 C4进入维管束鞘细胞后释放CO2,使CO2得到浓缩，保障了暗；合成，并且细胞适度生长，分裂间期持续的时间比分裂期长，B错 反应的进行。 !误；观察植物细胞的有丝分裂时需用碱性染料（甲紫溶液或醋酸 (3)在光饱和条件下，水稻叶绿体的光反应强度不再增加，产生 洋红液)作为染色剂，对染色体进行染色，D错误。 的ATP和NADPH不再增多，限制了C,的还原；水稻叶绿体内 考点二 细胞有丝分裂与无丝分裂 固定CO,的Rubisco酶的量有限：光合作用产生的有机物在叶 必备知识·夯实基础 绿体中积累多，抑制了反应的进行。 3.(1)叶绿体、细胞质基质、线粒体细胞呼吸(2)蒸腾作用过 知识巩固 强导致植物过度失水光合作用(3)实验思路：取若干长势 1.1:2:21:1 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 2.染色体纺锤体核膜染色体染色体赤道板姐妹染 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 色单体染色体数目形态和数目染色质丝核膜核仁 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 赤道板细胞壁 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 教材隐含知识：纺锤丝星射线牵引染色体的运动（中期牵引 pH夜晚明显低于白天。 染色体排列在赤道板上，后期牵引着丝粒分裂形成的子染色体移 解析：(1)白天植物的叶肉细胞同时进行光合作用和呼吸作用，向细胞两极) 光合作用过程中产生AP的场所是叶绿体，呼吸作用过程中产3.纺锤丝中心粒细胞板缢裂 生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。据题干信息可知，白天4.细胞核纺锤丝染色体 蛙的红细胞 储存在液泡中的苹果酸脱羧释放出C0,用于光合作用，同时叶思维辨析 肉细胞也进行细胞呼吸，细胞呼吸释放出来的C0,也可用于光(1)V(2)V(3)V(4)× 合作用。 剖析难点·考点突破 (2)干旱的环境中，白天气孔关闭可以降低蒸腾作用，避免植物：精准命题 细胞过度失水：夜间气孔打开吸收CO,,通过生成苹果酸储存在 例1：D分裂间期完成DNA(基因)的复制和有关蛋白质的 液泡中，白天苹果酸脱羧释放的C0,为光合作用的进行提供原合成，因此两者的细胞分裂间期均发生基因的复制、转录和翻译， 料，保证了光合作用的正常进行。 ;A正确：有丝分裂前期，两者的细胞中核膜和核仁均逐渐消失，雄 (3)该实验的目的是验证植物甲在干旱环境中存在特殊的C0,性果蝇细胞由中心粒发出星射线形成纺锤体，拟南芥细胞由细胞 固定方式，根据题干信息，晚上气孔打开吸收C02,吸收的C02两极发出纺锤丝形成纺锤体，B正确；拟南芥体细胞中含有10条 通过生成苹果酸储存在液泡中，推测苹果酸的存在会导致液泡染色体，共5对同源染色体，且没有性染色体，细胞中含有5种形 H下降，由于白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的态的染色体；雄性果蝇有3对常染色体和X、Y2条性染色体，所 CO,可用于光合作用，可判断苹果酸分解释放出C0,后液泡中！以分裂中期两者的细胞中均会出现5种形态的染色体，C正确；着 H升高，因此实验中需要检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡丝粒分裂并不是在纺锤丝的牵引下发生的，纺锤丝牵引的作用是 的pHo ;将染色体拉向细胞两极，D错误。 525-热点拓展二光呼吸、C4植 热点一光呼吸 热点衔接 1.光呼吸的实质 (1)条件：光照、高02、低C02 (2)物质变化：消耗02，生成C02 (3)能量变化：损耗能量的副反应。 2.光呼吸过程图解 ATP CO ATP RuBP 0 2 RuBP 卡尔文循环 光呼吸 PGA Rubisco PGA 糖类 C.02 ATP 2PGA PG+PGA ATP NADPH NADPH 注：PGA(C),PG(C2),RuBP(C)o 3.光呼吸与一般有氧呼吸的比较 090 项目 光呼吸 一般有氧呼吸 与光的 光下、黑暗中都 只在光下进行 关系 可进行 反应条件 光照、高02、低C02环境 02 通常是葡萄糖、 底物 C,和02 H,0和02 产物 C0, C0,和水 细胞质基质、线 发生部位 叶绿体、线粒体 粒体 4.光呼吸产生的原因 (1)内因：Rubisco是一种兼性酶，具有催化羧化反 应(C5+C02→2C3)和加氧反应(C5+02→C,+C2)两 种功能。 (2)外因：高02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。 突破训练 1.光照条件下，叶肉细胞中02与C02竞争性结合C5, O2与C结合后经一系列反应释放C02的过程称为 物、CAM植物等特殊代谢类型 光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 SoBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下 表。光合作用强度用固定的CO2量表示，SoBS溶液 处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。 SoBS浓 0100200300400500600 度(mg/L)》 光合作用强度 18.920.920.718.717.616.515.7 C02umol·m2·s-l) 光呼吸强度 6.46.25.85.55.24.84.3 C02ml·m-2·s1) (1)光呼吸中C,与02结合的反应发生在叶绿体的 中。正常进行光合作用的水稻，突然停止 光照，叶片C02释放量先增加后降低，C02释放量增 加的原因是 (2)与未喷施SoBS溶液相比，喷施100mg/L SoBS 溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光 照强度 (填“高”或“低”)，据表分析，原因 是 (3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业 生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为 探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分 析，应在 mg/L之间再设置多个浓度梯度 进一步进行实验。 热点二C4植物和C,植物 热点衔接 1.C,植物和C,植物的含义 根据光合作用碳元素同化的最初光合产物（三碳 化合物、四碳化合物)的不同，把高等植物分成C3、C4 植物两类，常见的C4植物有甘蔗、玉米、高粱等。 表皮 维管束 叶肉细胞 C植物的叶片结构 叶肉细胞中 维管束鞘细胞 的细胞质 中的叶绿体 C02→pC4>C4→C022Cg :CPEP)胞间连丝 多种酶 一NADPH NADP+ Ci 参加 ADP+Pi ATP:(丙酮酸) 催化 -ATP →ADP+Pi (CH2O) C途径和C,途径 2.光合作用C4途径产生的原因 C4植物中含有能固定C02为C4的相关酶，即磷 酸烯醇式丙酮酸羧化酶，简称为PEP羧化酶（对CO, 有很强的亲和力)，可把大气中含量很低的CO2以C4 的形式固定下来。 3.C,和C4植物光合用途径的比较 CO. C0,固定 C02固 光反应 暗反应 项目 受体 后产物 定场所 场所 场所 (x 叶肉细 叶肉细 RuBP 叶肉细胞 植 PGA(C) 胞叶绿 胞叶绿 (C) 叶绿体 物 体基粒 体基质 叶肉细 PEP OAA 胞细胞 维管束 叶肉细 (C3) (C4） 质基质 鞘细胞 植 胞叶绿 RuBP PGA 维管束 叶绿体 物 体基粒 (C) (C) 鞘细胞 基质 叶绿体 突破训练 2.(2023·湖南卷)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K 为450umol·L1(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02并释放C02的反应)。该酶的 酶促反应方向受C02和0，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 7umol·L)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO, 反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释 放C02,再进行卡尔文循环。回答下列问题： 水稻 C02 叶肉细胞 光呼吸 021 矸绿体 Rubisco RuBP ADP 卡尔文 循环(3-磷酸甘油酸) 一NADPH ATP ATP (3-磷酸甘油醛) NADP+ ADP+Pi (CH2O) 91 玉米 CO, 维管束鞘细胞 叶肉细胞 C ←—C4 PEPC PEP CO,C3 PEP 叶 AMP 卡尔文 叶 NATP s-)C3 (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C0,浓缩机制导入水稻，水 稻叶绿体中CO,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)。 热点三CAM途径 热点衔接 C02H,0 C02C02 00 C0 气孔开放 气孔关闭，0 草酰乙酸化 丙酮酸。叶绿体 CO NADH 淀粉 作尔文 NAD 苹果酸 循环 苹果酸 叶绿体 苹果酸液泡 、苹果酸液泡 夜晚 白天 名师解读 ①仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型 092 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。 ②该类植物夜间吸收C02,淀粉经糖酵解形成磷 酸烯醇式丙酮酸(PEP),在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 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。而白天气孔关闭，苹果酸转 移到细胞质基质中脱羧，放出C02,进入C3途径合成 淀粉；形成的丙酮酸可以形成PE再还原成三碳糖，最 后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放C02, 又可进入C,途径。 ③该类植物叶肉细胞夜间淀粉减少，苹果酸增加， 细胞液pH下降；白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液 pH上升。 突破训练 3.生活在干旱地区的一些植物（如植物甲）具有特殊 的C02固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收 C0,吸收的C02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C0, 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C02来源于苹果酸脱羧和 释放的C02。 (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C02固定方式。 (简要写出实验思路和预期结果)