2025高考生物二轮复习争分点突破： 光呼吸、C4植物、CAM植物 练习

这是一份2025高考生物二轮复习争分点突破： 光呼吸、C4植物、CAM植物 练习，共12页。试卷主要包含了光呼吸等内容，欢迎下载使用。

1．C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2方式的比较
(1)比较C4植物、CAM植物固定CO2的方式
相同点：都对CO2进行了两次固定。
不同点：C4植物两次固定CO2是空间上错开；CAM植物两次固定CO2是时间上错开。
(2)比较C3、C4、CAM途径
C3途径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。
2．光呼吸
(1)发生条件
①干旱、炎热条件下，气孔关闭，阻止CO2进入叶片和O2逸出叶片。
②Rubisc具有两面性(或双功能)。
(2)过程
(3)发生场所：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。
(4)不利影响：光呼吸消耗掉暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。
(5)有利影响
①光呼吸是进行光合作用的细胞为适应高光照及高O2低CO2的条件下，提高抗逆性而形成的一条代谢途径；
②在干旱和高辐射等环境中，气孔关闭，胞间CO2浓度降低，会导致光抑制。此时光呼吸释放CO2，用于光合作用，减少碳损失；消耗高光强产生过多的NADPH和ATP，保护光合结构。
(6)二氧化碳的猝发：指在光照突然停止之后释放出大量的二氧化碳的现象。是光合作用停止而光呼吸还在进行造成的。
(7)光呼吸与细胞呼吸的区别
反应条件不同：光呼吸的强度大致和光强度成正比。只有在光照下，CO2浓度降低，O2浓度增高时才进行。
产能情况不同：光呼吸虽然能使有机物分解为CO2，却不产生ATP或NADPH。
真题演练
1．(2021·山东，21)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光呼吸抑制剂SBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见表。光合作用强度用固定的CO2量表示，SBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
(1)光呼吸中C5与O2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CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是________
________________________________________________________________________。
(2)与未喷施SBS溶液相比，喷施100 mg·L－1 SBS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SBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在____________mg·L－1之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
2．(2023·湖南，17节选)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisc酶对CO2的Km为450 μml·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7 μml·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)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)。
(2)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)。
3．(2024·黑吉辽，21节选)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．(2021·全国乙，29节选)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)光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和____________释放的CO2。
(2)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)。
5．(2021·天津，15节选)Rubisc是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisc的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。回答问题：
注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。
据图分析，CO2依次以______和________方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisc周围的CO2浓度，从而通过促进____________和抑制______________提高光合效率。
6．(2021·辽宁，22节选)早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390 μml·ml－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisc)是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisc所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题：
(1)海水中的无机碳主要以CO2和HCOeq \\al(－,3)两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中HCOeq \\al(－,3)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__________________。
(2)某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HCOeq \\al(－,3)转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisc附近的CO2浓度。由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力________(填“高于”“低于”或“等于”)Rubisc。
(3)通过转基因技术或蛋白质工程技术，能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有________。
A．改造植物的HCOeq \\al(－,3)转运蛋白基因，增强HCOeq \\al(－,3)的运输能力
B．改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成
C．改造植物的Rubisc基因，增强CO2固定能力
D．将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
模拟练
1．玉米是一种生活在高温、高光强环境的农作物，存在于其叶肉细胞中的PEP羧化酶(PEPC)具有高CO2亲和力，可在低浓度CO2条件下高效固定CO2，PEPC把叶肉细胞中的CO2转化成C4，C4被运入维管束鞘细胞后会释放CO2参与卡尔文循环，PEPC起到了“CO2泵”的作用。
玉米的光合作用需要叶肉细胞和维管束鞘细胞共同完成，图示为两类细胞在叶片中的位置示意图。请回答问题：
图中的维管束鞘的外侧紧密连接一层环状的叶肉细胞，组成了花环型结构。结合“花环型”结构和“CO2泵”，解释C4植物光合作用效率高的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2．多肉植物因形态可爱越来越受到人们的欢迎。这类植物一般夜晚气孔张开，吸收CO2并固定在一种四碳化合物中；白天气孔关闭，由四碳化合物分解产生的CO2进行固定和还原。回答下列问题：
(1)在叶绿体中，由四碳化合物分解产生的CO2的固定和还原所需要的条件是__________(填“有光”“黑暗”或“有光或黑暗”)，需要______反应阶段为其提供______和________。
(2)若晴朗白天突然降低环境中CO2浓度，多肉植物的光合作用强度基本不受影响，说明多肉植物白天所利用的CO2的来源是__________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(3)某同学将多肉植物置于密闭容器内进行遮光处理，测定容器内CO2的增加量，并以单位时间内CO2的增加量作为该植物的呼吸速率。你认为这种做法合理吗？________，原因是______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
3．(2024·德州高三三模)蓝细菌是一类光能自养型细菌，其光合作用的原理与高等植物相似，但具有一种特殊的CO2浓缩机制，如图所示，其中羧化体具有蛋白质外壳，CO2无法进出。回答下列问题：
(1)蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中CO2浓度，据图分析，CO2浓缩的具体机制有
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
____________________________________________________________________(答出两点)。
(2)植物的光补偿点是指光合速率与呼吸速率相等时的光照强度。若将蓝细菌的HCOeq \\al(－,3)转运蛋白基因和CO2转运蛋白基因转入烟草内并成功表达和发挥作用，理论上该转基因植株光补偿点比正常烟草要____(填“高”或“低”)，原因是__________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
4．起源于热带的玉米，除了和其他C3植物(如花生)一样具有卡尔文循环(简称C3途径)外，还存在另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物是四碳化合物(C4)，简称C4途径，玉米也被称为C4植物。图甲表示花生和玉米的光合作用部分途径示意图，研究发现C4植物中PEPC酶对CO2的亲和力约是Rubisc酶的60倍；图乙表示夏季晴朗的白天，玉米和花生净光合速率(单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)的变化曲线。请回答下列问题：
(1)写出玉米光合作用中CO2中碳转化成有机物(CH2O)中碳的转移途径__________________________________(用箭头和符号表示)。
(2)图乙中花生净光合速率在11：00左右明显减弱的主要原因是_______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________，
而此时玉米净光合速率仍然很高的原因是__________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(3)玉米具有此特殊光合作用途径的意义是__________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
5．(2024·长沙高三三模)炎热干燥的天气往往会导致植物出现光呼吸现象，图示为植物叶肉细胞发生的光呼吸过程简图，光呼吸发生的原因是图中的R酶的双功能性，当CO2与O2浓度之比较高时，R酶能够催化CO2与C5反应生成C3，反之，当CO2与O2浓度之比较低时，光呼吸水平增加，R酶就会更多地催化C5与O2反应生成乙醇酸(C2)，C2最后在相应细胞器中可转化成C3和CO2。请完成以下问题：
(1)炎热干燥的天气导致植物出现光呼吸的原因是___________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
(2)比较光呼吸与植物细胞有氧呼吸的不同点：
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________(描述三个方面)。
(3)研究发现，水稻等作物的光合产物有较大比例要消耗在光呼吸底物上。那么，这些作物中光呼吸存在的意义是___________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
6．(2024·枣庄高三二模)小麦、水稻等大多数植物，在暗反应阶段，CO2被C5固定以后形成C3，进而被还原成(CH2O)，这类植物称为C3植物。玉米、甘蔗等原产在热带的植物，CO2中的碳首先转移到草酰乙酸(C4)中，然后转移到C3中，这类植物称为C4植物，其固定CO2的途径如图1所示。芦荟、仙人掌等植物白天气孔关闭，夜间气孔开放，这类植物在进化中形成了特殊的固碳途径，如图2所示，这类植物称为CAM植物(注：PEP羧化酶比RuBP羧化酶对CO2的亲和力更强)。
(1)C4植物的光反应发生在________细胞。在炎热干旱夏季的中午，C4植物比C3植物的优越性表现为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)CAM植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于______________过程，夜晚其叶肉细胞能产生ATP的场所是________________。
(3)蝴蝶兰因花色艳丽、花姿优美、开花期长，一直以来深受爱花者的青睐。有人想在室内大量培养蝴蝶兰，又担心植物多，在夜晚释放大量的CO2不利于健康。请你根据图1、图2的固碳途径，利用CO2传感器，设计实验探究蝴蝶兰是否为CAM植物。
实验思路：_______________________________________________________________。
实验结论：______________________________________________________________。
答案精析
真题演练
1．(1)基质 光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，释放的CO2增多 (2)低 喷施100 mg·L－1 SBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时，在更低的光照强度下，两者即可相等 (3)100～300
2．(1)高于 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Rubisc酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘细胞内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸 (2)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
3．(1)CO2的固定 (2)细胞质基质 线粒体基质 (3)光呼吸 细胞呼吸 7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程 不能 总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，呼吸速率是光照强度为0时的CO2释放速率，图3横坐标为CO2浓度，无法得出呼吸速率
4．(1)细胞呼吸 (2)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。
5．自由扩散 主动运输 CO2固定 O2与C5结合
6．(1)叶绿体 呼吸作用和光合作用 (2)高于 (3)ACD
模拟预测
1．“花环型”结构中，四周的叶肉细胞中含PEPC，可以利用低浓度CO2生成C4，C4从四周被运入维管束鞘细胞后，释放高浓度CO2，光合作用原料增加
2．(1)有光 光 ATP NADPH (2)四碳化合物分解和细胞呼吸产生 (3)不合理 多肉植物在遮光条件下进行细胞呼吸产生CO2，但同时也吸收CO2并固定在四碳化合物中，所以容器内单位时间CO2的增加量不能作为该植物的呼吸速率
3．(1)HCOeq \\al(－,3)在羧化体内可转变为CO2；光合片层膜可以通过主动运输的方式吸收CO2；羧化体的蛋白质外壳可避免CO2逃逸 (2)低 转基因成功后，通过CO2浓缩机制，进入叶绿体中的CO2浓度增大，在较弱的光照条件下，光合作用强度即可等于细胞呼吸强度
4．(1)CO2→C4→CO2→C3→有机物 (2)植物蒸腾作用加强，叶片部分气孔关闭，吸收CO2减少，导致光合作用降低 玉米中的PEPC酶与CO2的亲和力高，对CO2的利用率高，可以利用低浓度CO2进行光合作用，叶片部分气孔关闭对其光合作用无影响 (3)适应高温、强光照、干旱环境，既能保持体内水分，又能进行高效的光合作用
5．(1)炎热干燥天气，蒸腾作用强导致水分散失过快，植物为了避免水分散失，部分气孔关闭，CO2吸收减少，光合作用产生的O2在叶片中堆积，使得CO2与O2浓度之比降低，光呼吸水平增加 (2)条件：光呼吸发生在光照条件下，有氧呼吸在有光、无光条件下均能发生；场所：光呼吸的发生需要叶绿体、过氧化物酶体和线粒体的参与，有氧呼吸发生在细胞质基质和线粒体中；能量角度：光呼吸消耗ATP，有氧呼吸生成ATP；物质角度：光呼吸利用O2和C5生成乙醇酸和C3，有氧呼吸利用葡萄糖和O2生成CO2和水 (3)避免光反应过程中积累的ATP和NADPH对叶绿体的伤害，同时消除乙醇酸对细胞的毒害，回收碳元素，减少碳的流失
6．(1)叶肉 C3植物气孔大量关闭，使得空气中的CO2不易进入细胞，细胞内CO2浓度较低，而C4植物的PEP羧化酶比RuBP羧化酶对CO2的亲和力更强，可以利用低浓度的CO2 (2)苹果酸分解和细胞呼吸 细胞质基质和线粒体 (3)在密闭装置内种植蝴蝶兰，利用CO2传感器测定其白天和夜间CO2含量的变化 若密闭容器内白天CO2含量不变，晚上CO2含量下降，则为CAM植物，若白天CO2含量下降，晚上CO2含量增多，则不是CAM植物
SBS浓度/(mg·L－1)
0
100
200
300
400
500
600
光合作用强度/ (CO2μml·m－2·s－1)
18.9
20.9
20.7
18.7
17.6
16.5
15.7
光呼吸强度/ (CO2μml·m－2·s－1)
6.4
6.2
5.8
5.5
5.2
4.8
4.3