高三生物二轮复习课件微专题光合作作用的特殊情境-CO₂浓缩机制

人教版（2019）高三二轮复习（微专题）2025年“湘道杯”大赛道县第二中学蒋云梅内容索引建构细胞代谢的知识网络学生活动一：（复习）绘制光合作用过程图学生活动二：光合作用的特殊情境高考考法预测建构细胞代谢知识网络

真题体验学生活动一：（复习）绘制光合作用过程图

研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列，组成“花环型”结构(如图1)。植物只能短时间开放气孔，CO2的摄入量必然少。植物必须利用这少量的CO2进行光合作用，合成自身生长所需的物质。

叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物通过胞间连丝进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物，并且不积存淀粉(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。学生活动二：C4途径学生活动二：CAM途径CAM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PEP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。特征C3植物C4植物CAM植物与CO2结合的物质C5PEP、C5PEP、C5最初CO2接受体C5PEPPEP（晚）、C5（白天）主要CO2固定酶白天白天夜晚和白天光反应的场所叶肉细胞类囊体薄膜叶肉细胞类囊体薄膜叶肉细胞类囊体薄膜卡尔文循环的场所叶肉细胞的叶绿体基质维管束鞘细胞的叶绿体基质叶肉细胞的叶绿体基质有无光合午休有无无学生活动二：总结学生活动二：蓝细菌的CO2浓缩机制羧化体浓缩CO2的机制概括为：细胞吸收的HCO3-以及CO2进化后转换成的HCO3-都可以选择性的通过羧化体的蛋白质外壳进入羧化体中，然后在羧化体经碳酸酐酶催化转变为CO2,由于羧化体既能阻止O2进入，又能阻止CO2逸出，所以羧化体内CO2浓度很高，且无氧气竞争在羧化体内在Rubisco的催化下和RuBP反应形成三碳酸（3-PGA），完成CO2的固定。羧化体中产生的三碳酸（3-PGA）最终会排出羧化体外进入细胞质基质后再进行卡尔文循环。学生活动二：光呼吸1.光呼吸过程：光呼吸是植物的绿色细胞在光照条件下，吸收O2并放出CO2的过程。这一反应是在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体三种细胞器的协同参与下完成的。2.光呼吸的生理作用：在高光强、高温、干旱和辐射环境条件下，植物发生气孔关闭，CO2不能进入叶肉细胞，会导致光抑制。此时，植物通过光呼吸释放CO2，消耗多余的能量，减少活性氧产生，对光合器官起保护作用，避免产生光抑制。通过光呼吸可收回75%的碳，避免有氧呼吸中碳的过度损失。光呼吸可能为光合作用过程提供磷或参与某些蛋白质的合成过程。但较强的光呼吸对于光合作用产物的积累是很不利的，比如水稻、小麦等C3植物光呼吸显著，通过光呼吸可耗损光合作用新形成有机物的25%。（2024·湖南卷）17.(3)现发现该植物群体中有一植株，在正常供钾条件下，总叶绿素含量正常，但气孔导度等其他光合作用相关指标均与缺钾时相近，推测Rubisco的编码基因发生突变所致。Rubisco由两个基因(包括1个核基因和1个叶绿体基因)编码，这两个基因及两端的DNA序列已知。拟以该突变体的叶片组织为实验材料，以测序的方式确定突变位点。写出关键实验步骤：①____;②______;③___;④基因测序；⑤______。

考法预测：以基因工程技术为核心，设计光呼吸代谢工程，在叶绿体中浓缩CO₂。考法预测：光呼吸是植物的绿色部分在光照条件下消耗氧气并释放CO2的过程，会导致光合作用减弱、作物减产。研究人员为获得光诱导型高产水稻，在其叶绿体内构建一条光呼吸支路(GMA途径)如图1中虚线框内所示。考法预测：(1)图1所示光呼吸过程中，O2与CO2竞争结合_____,抑制了光合作用中的______阶段。同时乙醇酸从叶绿体进入过氧化物酶体在

酶的参与下进行代谢，造成碳流失进而导致水稻减产。(2)卡尔文循环过程中发生的物质或能量转变是_____A.光能→电能→ATP、NADPHB.ATP、NADPH→糖类C.糖类→ATP→电子传递链→ATPD.乙酰辅酶A→NADH→ATPR酶暗反应GB考法预测：(3)在光照条件下图1所在细胞产生CO2的途经有_____。(编号选填)①线粒体中甘氨酸分解②细胞呼吸过程③叶绿体中丙酮酸分解（4）研究人员将外源G酶、A酶和M酶的基因导入水稻细胞，使其在光诱导下表达，并在叶绿体中发挥作用。检测发现，转基因水稻的净光合速率、植株干重等方面均高于对照组。可利用图2所示模型解释其原因，但图中编号所示存在两处错误，请指出错误编号并改正_____（5）在转基因水稻的叶肉细胞中会发生的是_____（编号选填）①RNA合成

②蛋白质合成

③染色质螺旋化为染色体

④着丝粒分裂

⑤同源染色体分离①②③①②考法预测：研究人员测定了一天中早8点至晚18点时间段转基因水稻叶片中外源G酶基因的表达量，以及G酶总表达量随时间的变化情况(如图)。(6)外源G酶基因表达量与PFD(代表光合有效光辐射强度)大致呈正相关，仅在14时明显下降，由此推测外源G酶基因表达除光强外，还可能受

___等因素的影响。(编号选填)①温度

②CO2浓度

③气孔导度(7)据图推测13时转基因水稻__。A.内源G酶表达量显著升高B.乙醛酸转变为甘氨酸增多C.消耗氧气增多D.光呼吸增强①②③ABCD考法预测：（8)茎中光合产物的堆积会降低水稻结实率而减产，而本研究中GMA途径的改造并未降低水稻的结实率。结合上述研究将以下说法排序成合理解释：尽管GMA途径促进叶片产生较多光合产物→____→____→____水稻茎中有机物不至于过度堆积而保证结实率。A.光呼吸增强使得光合产物未爆发式增加B.光合产物可以及时运输到籽粒C.G酶表达量的动态变化，使中午进入GMA途径的乙醇酸未显著增加CABCO2的浓缩机制C4途径CAM途径蓝细菌的羧化体课堂小结：

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