高三生物学一轮复习课件微专题：光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型

SHENGWUXUE光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型题型1

C4植物和C3植物[认知觉醒]

(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(Km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笫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。3－磷酸甘油醛蔗糖韧皮部(或筛管或韧皮部中的筛管)(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)。高于玉米PEPC对CO2的亲和力大，利用低浓度CO2能力强；维管束鞘细胞中O2含量低，光呼吸弱；玉米叶肉细胞中的PEP与CO2反应生成C4，C4进入维管束鞘细胞后释放CO2，使CO2得到浓缩，保障了暗反应的进行(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)。水稻的光反应强度不再增加；叶绿体内固定CO2的Rubisco酶的量有限；同化产物转运能力不强思维升华(1)C3植物和C4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。(2)光合作用C4途径产生的原因C4植物中含有能固定CO2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CO2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)C3和C4植物光合用途径的比较项目CO2受体CO2固定后产物CO2固定场所光反应场所暗反应场所C3植物RuBP(C5)PGA(C3)叶肉细胞叶绿体叶肉细胞叶绿体基粒叶肉细胞叶绿体基质C4植物PEP(C3)RuBP(C5)OAA(C4)PGA(C3)叶肉细胞细胞质基质、维管束鞘细胞叶绿体叶肉细胞叶绿体基粒维管束鞘细胞叶绿体基质题型2景天科植物(CAM植物)[认知觉醒]

(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。叶绿体、细胞质基质、线粒体细胞呼吸蒸腾作用过强导致植物过度失水光合作用(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：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。思维升华(1)CAM途径的含义景天科植物夜间将吸收的CO2固定在苹果酸(C4)中，白天苹果酸分解释放CO2参与光合作用的过程。(2)CAM途径过程图解(3)CAM途径的意义白天气孔关闭，减少蒸腾作用，保持植物体内水分并分解苹果酸产生CO2进行光合作用；夜晚开放气孔，吸收光合作用所需的CO2，使植物适应高温干旱环境。题型3光呼吸[认知觉醒]

(2025·辽宁大连模拟)植物体在进化过程中产生了一种具有双功能的RuBP羧化/加氧酶，CO2和O2竞争性地与之结合，当CO2浓度高时，该酶催化C5与CO2形成两分子C3(3－磷酸甘油酸)，进入暗反应；当O2浓度高时，该酶催化C5与O2形成一分子C3和一分子C2(乙醇酸)，其中C3进入暗反应，而C2离开叶绿体进入光呼吸，反应机理如图所示，下列相关叙述错误的是(

)BA.植物体光呼吸的形成可能与RuBP羧化/加氧酶的空间结构有关B.植物体光呼吸使得C5中的碳都以CO2的形式散失，明显减少了光合产物的形成C.强光下，光呼吸加强，可消耗光反应中积累的ATP、NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害D.植物体光呼吸可保证CO2不足时，暗反应仍能正常进行思维升华(1)光呼吸的实质①条件：光照、高O2、低CO2。②物质变化：消耗O2，生成CO2。③能量变化：损耗能量的副反应。(2)光呼吸过程图解(3)光呼吸与一般有氧呼吸的比较项目光呼吸一般有氧呼吸与光的关系只在光下进行光下、黑暗中都可进行反应条件光照、高O2、低CO2环境O2底物C5和O2通常是葡萄糖、H2O和O2产物CO2CO2和水发生部位叶绿体、线粒体细胞质基质、线粒体(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＋CO2→2C3)和加氧反应(C5＋O2→C3＋C2)两种功能。②外因：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。题型4光抑制[认知觉醒]

(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________μmol·m－2·s－1。光强大于1300μmol·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)。500光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加黄连在弱光条件下，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，叶绿体类囊体薄膜面积更大)(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，