第三单元　专题突破3　二氧化碳固定方式的多样性、光呼吸及光抑制-2027年高考生物一轮复习课件（含讲义及答案）

这是一份第三单元　专题突破3　二氧化碳固定方式的多样性、光呼吸及光抑制-2027年高考生物一轮复习课件（含讲义及答案），共100页。PPT课件主要包含了C4途径，CAM途径，光合作用，课时精练，固定CO2，叶绿体基质，光呼吸，CO2的固定，细胞质基质，线粒体基质等内容，欢迎下载使用。
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
[模型解读]①C4植物叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，而维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，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。②C4植物PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)，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，并且无光合“午休”现象。常见C4植物有玉米、高粱、甘蔗、苋菜等。
典例1　(2022·全国甲，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)。
O2、NADPH和ATP
(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)。
自身呼吸消耗或建造植物体结构
(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___________________________________________________________。
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
[模型解读]①CAM植物夜间吸进CO2，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。从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降。而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP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CO2，又可进入C3途径。从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。
②从进化角度看，CAM途径是对极度干旱环境的适应；该途径除了维持光合作用外，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。③夜晚CAM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。如果白天适当提高CO2浓度，CAM植物的光合作用速率基本不变。
C3途径、C4途径和CAM途径的比较
总结：C3途径(卡尔文循环)是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。
典例2　(2021·全国乙，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。
细胞质基质、线粒体(线粒体基质和线粒体内膜)、叶绿体类囊体薄膜　
细胞呼吸(或呼吸作用)
(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。
蒸腾作用过强导致水分散失过多
(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)_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
实验思路：植物甲在干旱的环境条件下(其他条件适宜)培养一段时间，分别在白天和晚上测定植物甲液泡内的pH，统计分析实验数据。预测结果：晚上的pH明显小于白天
3.光呼吸光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisc。在暗反应中，Rubisc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会与CO2竞争Rubisc，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。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%。过程如图所示：
[模型解读]①与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体和过氧化物酶体。光呼吸产生的条件是高光照、高O2含量和低CO2含量等。②在干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭。由于光反应速率大于暗反应速率，此时光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP，防止强光对叶绿体的破坏，又可以为暗反应阶段提供原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。
典例3　RuBP羧化酶缩写为Rubisc，当CO2浓度高时，Rubisc催化C5与CO2反应；当O2浓度高时，Rubisc催化C5与O2经过一系列化学反应，消耗ATP和NADPH，生成CO2和C3，这一过程称为光呼吸。如图为小麦叶肉细胞中的部分生理活动过程，小写字母代表相应的物质。下列叙述错误的是A.a表示NADPH，b表示NADP＋，c表示 ADP＋Pi，d表示ATP，f表示RuBPB.夏季晴朗的中午出现“午休现象”时， 植物光呼吸会有所增强C.Rubisc位于叶绿体基质，玉米(C4植物) 通常比小麦(C3植物)光呼吸作用弱D.光呼吸过程消耗ATP、NADPH，与光反应相反，不利于植物细胞的正常生长
4.光抑制植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。(1)光抑制机理：光合系统的破坏，PSⅡ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合效率下降。(2)光抑制的主要防御机制①减少光吸收：植物体也可以通过叶运动(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。
②增加热耗散：a.当依赖能量的叶绿素荧光猝灭增加时，通过增加激发能的热耗散可以部分避免光抑制。降低光饱和条件下的PSⅡ的光化学效率，可以避免光抑制破坏的发生。b.在强光下非光辐射能量耗散增加的同时，玉米黄素含量增加，玉米黄素与激发态的叶绿素作用，从而耗散其激发能，保护光合机构免受过量光能破坏。③进行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止强光和CO2亏缺条件下发生光抑制。
典例4　当光照强度大于光饱和点时，常引起光抑制或光损伤。科研人员探究了某植物对强光的生理响应变化及机制。光反应过程中的光合电子传递链主要由光系统等光合复合体组成，如图所示(活性氧：ROS，一种自由基)。下列叙述错误的是A.由图可知叶绿体膜是生成NADPH的场所B.强光导致NADPH和电子累积可能是导致 光抑制的原因C.强光导致活性氧大量增多可能是导致光 损伤的原因D.适度增加铁氰化钾可能会解除光抑制
精练高频考点提升关键能力
(1)固定CO2　(2)叶绿体基质　都消耗了氧气，放出二氧化碳　(3)大于　光呼吸　(4)大于　光合色素的含量、酶的活性和数量等　(5)C3　开始时，两株植物的光合作用大于呼吸作用，容器中CO2浓度下降，随着CO2的浓度下降至B点时，C3植物净光合速率为0，植株停止生长，而C4植物能够继续生长
(1)CO2的固定　(2)细胞质基质　线粒体基质　(3)光呼吸　呼吸作用　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，降低了光呼吸强度　不能　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和WT相比，转基因株系1的净光合速率最大
(1)①500　光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加　②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　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
一、选择题1.(2026·四川百师联盟调研)玉米属于C4植物，其叶片存在内层为维管束鞘细胞、外层为叶肉细胞的“花环型”结构，在外界CO2浓度较低时，可通过C4途径初步固定CO2，其光合作用部分过程如图所示，其中酶1代表PEP羧化酶(PEPC)；酶2代表RuBP羧化酶(Rubisc)。下列叙述正确的是
A.图中玉米植株体内进行暗反应的场所在叶肉细胞叶绿体B.推测PEPC与无机碳的亲和力低于RubiscC.炎热夏季中午，玉米会出现较明显的“光合午休”现象D.若夜间有三碳糖从维管束鞘细胞的叶绿体中运出，其来源最可能是淀粉
2.(2025·宜宾二模)CAM(景天科)植物的气孔在夜间开放吸收CO2，白天关闭。如图为某CAM植物叶肉细胞部分代谢过程示意图。下列叙述正确的是A.由图可知，CAM植物白天和晚上均进行光合 作用B.图中C可能是丙酮酸，RuBP存在于叶绿体的基质中C.CAM植物细胞白天产生CO2的具体部位是线粒体基质D.晚上CAM植物将CO2以苹果酸的形式储存在叶绿体和液泡中
3.(2025·湖北“新八校”协作体联考)某突变型水稻与野生型水稻在不同光照强度下的CO2吸收速率如图所示。下列叙述正确的是A.突变型水稻曲线出现差异的原因可能是叶绿素含 量较少，固定CO2酶的活性较高
B.光照强度为P时限制突变型和野生型的环境因素均是光照强度C.A点时野生型的总光合速率大于B点时突变型的总光合速率D.与突变型相比，野生型水稻更适合在高温干旱的环境中生存
4.将玉米的PEPC酶(与CO2的固定有关)基因与PBDK酶(催化玉米中CO2初级受体PEP的合成)基因导入水稻得到转双基因水稻，在一定温度下测得光照强度对转双基因水稻和原种水稻光合速率的影响(如图1)。图2是在光照为1 000 μml·m－2·s－1下测得温度对光合速率的影响。
据图分析，下列叙述错误的是A.转双基因水稻更适合在高温、强光环境下生存B.图1中原种水稻a点后限制光合作用的环境因素有CO2浓度和温度C.图1温度升高5 ℃，转双基因水稻的光饱和点升高，原种水稻的光饱和 点不变D.推测转入的两个基因通过提高水稻固定CO2的速率促进光合作用的进行
5.(2026·安徽省百师联盟联考)大豆、玉米等植物的叶绿体中存在一种Rubisc酶，参与卡尔文循环和光呼吸，Rubisc酶对CO2和O2都有亲和力。在较强光照下，Rubisc以五碳化合物(RuBP)为底物，在CO2/O2值高时，催化RuBP结合CO2发生羧化；在CO2/O2值低时，催化RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸，具体过程如图所示。下列叙述正确的是A.大豆、玉米等植物的叶片中消耗O2的场 所有叶绿体、线粒体B.光呼吸发生在叶肉细胞的细胞质基质和叶绿体中C.有氧呼吸和光呼吸均产生ATPD.干旱、晴朗的中午，叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会降低
6.(2025·阜阳期中)光照条件下，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的SBS溶液(光呼吸抑制剂)，相应的光合作用强度和光呼吸强度见表。已知SBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计，脱落酸会使叶片气孔关闭。
下列叙述错误的是A.光照强度减弱后，光呼吸可能会随之减弱B.光照条件下向植物喷施脱落酸可能会引起光呼吸增强C.与对照组相比，喷施500 mg·L－1SBS溶液后，水稻叶片固定和产生的 CO2量相等时所需的光照强度降低D.探究SBS溶液增产最适浓度，应在100～300 mg·L－1设置浓度梯度进 行实验
7.光能超过光合系统所能利用的数量时，光合功能会下降，这种现象称为光抑制。光抑制主要表现为光系统Ⅱ光化学效率以及饱和光强下光合速率的降低，光系统Ⅱ最大光化学效率(Fv/Fm)可用来表示光抑制程度。当光
系统从环境中吸收的光能超出其光能利用能力时，光能以热能的形式耗散，称为非光化学猝灭(NPQ)。科研人员研究了抗坏血酸(AsA)对甜椒低温弱光条件下的光抑制程度和机理，结果如图1和图2所示。
下列叙述错误的是A.光照过强可能使光系统Ⅱ蛋白受损，光反应 合成的NADPH、ATP减少，光合速率降低B.4 ℃下更易发生光抑制，因低温使暗反应速 率变慢、需能减少，导致光能过剩
C.题中实验的自变量有两个，即低温胁迫和弱光双重因素的影响D.低温下，AsA处理能够减轻光抑制的机理是增加了热耗散
二、非选择题8.(2025·开封三模)图1所示为高粱的光合作用途径(含C4、C3途径)，而花生的光合作用途径只有C3途径，R酶的作用是催化C5与CO2反应，在O2浓度较高时能催化O2与C5结合引发光呼吸。图2为外界CO2浓度对高粱和花生光合作用途径的CO2吸收速率影响的曲线，研究小组将两种植物各一株共同置于同一密闭容器中，实验开始时，容器中CO2浓度为图中C点，其余条件适宜。回答下列问题：
(1)据图1分析，C4植物体内PEP的作用是____________。
(2)R酶存在于植物细胞的____________(填具体场所)中，光呼吸与细胞呼吸的相同之处是____________________________。
都消耗了氧气，放出二氧化碳
(3)在相同的高温、高光照强度环境下，C4植物的光能转化为糖类中化学能的效率比C3植物几乎高2倍，原因是P酶与CO2的亲和力______(填“大于”“基本等于”或“小于”)R酶，再通过苹果酸定向运输和转化，提高了维管束鞘细胞中CO2浓度，提高了光能转化效率。高浓度CO2在与O2竞争R酶的过程中占优势，抑制了________过程。
(4)图2中CO2浓度为B点时，C3植物的叶肉细胞光合作用强度____(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用强度。C点之后，影响C3植物和C4植物CO2吸收速率的内因有__________________________________(答出两点即可)。
光合色素的含量、酶的活性和数量等
(5)据图2分析，两种植物在培养过程中先停止生长的是_____(填“C3”或“C4”)植物，判断依据是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
开始时，两株植物的光合作用大于呼吸作用，
容器中CO2浓度下降，随着CO2的浓度下降至B点时，C3植物净光合速率为0，植株停止生长，而C4植物能够继续生长
9.(2024·黑吉辽，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________________________________________________________________________________
－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，降低了光呼吸强度
净光合速率＝总光合速率
_____________________________________。
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)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______________________________________________。
与株系2和WT相比，转基因株系1的净光合速率最大
10.(2024·重庆，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____μml·m－2·s－1。光强大于1 300 μml·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)。
制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度
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
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
(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(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及其作用是______________________________________________。
合理施肥增加光合面积，补充