2026届新高考生物三轮热点复习不同生物固定CO2的方式比较及光呼吸

2026届新高考生物三轮热点复习不同生物固定CO2的方式比较及光呼吸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。1.不同生物固定二氧化碳的方式比较2023·湖南·T172022·全国甲·T292021·辽宁·T222021·天津·T152021·全国乙·T292.光呼吸2024·黑吉辽·T212022·江苏·T202021·山东·T21课标要求考情分析1.光呼吸光呼吸是指绿色植物在光照情况下吸收O2，将叶绿体中的C5分解产生CO2的过程。光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中，Rubisco酶能够以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Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。叶绿体(1)发生条件(2)发生场所(3)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。①干旱、高温条件下②Rubisco(4)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。(5)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。内膜外膜基质类囊体阅读课本第102-104页，知识重构。光反应发生的产所：

；暗反应发生的产所：

；光反应的产物：

；暗反应的产物：

；类囊体薄膜叶绿体基质O2、ATP、NADPH（CH2O）光合作用的条件：

；光照、酶Rubisco酶C4植物:常见的C4植物有玉米、高梁、甘蔗、苋菜等产自热带的植物。它的碳反应(暗反应)阶段形成的第一个化合物是一种四碳有机物。学习任务1：观察C3植物和C4植物的结构，对比叶肉细胞和维管束鞘细胞排列，两者有什么区别？C4植物的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列。C3C4叶肉细胞维管束鞘细胞叶肉细胞维管束鞘细胞思考：1、C4植物进化出这样排列的结构有什么意义？结构和功能相适应更高效的运输C4任务一：观察并描述下图C4植物的CO2浓缩过程。CO2（场所）（场所）（中间产物）（酶）（酶）CH2O对比C3植物和C4植物的暗反应过程发现：该过程中，PEP羧化酶与CO2的亲和力是Rubisco酶的60倍，被形象地称为“CO2泵”!CO2含量低的环境思考：2、具有这样机制的C4植物比C3植物更能适应什么环境？（1）C4植物与C3植物2.不同生物固定CO2的方式比较不同的植物，暗反应的过程不一样，而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境适应的结果。C4植物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植物比C3植物有较强光合作用能力，且无光合“午休”现象。常见C4植物有玉米、高粱、甘蔗、苋菜等。真题演练（4）上述3种草本沉水植物中只有黑藻具有C4光合作用途径，使其在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用，在水生植物群落中竞争力较强。根据图a设计一个简单的实验方案，验证黑藻的碳浓缩优势，完成下列表格。实验设计方案实验材料对照组：_______实验组：黑藻实验条件控制光照强度为_______μmol·m-2·s-1营养及环境条件相同且适宜，培养时间相同控制条件__________测量指标__________金鱼藻500低CO2浓度两组释放氧气的量思考：2、如何验证这种机制的优势？[典例2][2024广东高考真题]某湖泊曾处于重度富营养化状态，水面漂浮着大量浮游藻类。管理部门通过控源、清淤、换水以及引种沉水植物等手段，成功实现了水体生态恢复。引种的3种多年生草本沉水植物（①金鱼藻、②黑藻、③苦草)回答下列问题。在极干旱的热带、亚热带地区，白天温度高，蒸腾作用强，这对植物的光合作用有较大影响。怎样的方式既能防止水分流失，又能保证光合作用正常进行？仙人掌、菠萝和许多肉质植物等景天科植物（CAM植物）为了适应干旱胁迫，在长期的进化过程中形成了一种很特殊的CO2浓缩方式以减少水分的蒸发。学习任务2：观察并描述景天科植物如何解决的CO2吸收问题？思考：1、CAM植物适应什么环境条件？的特点是什么？中间产物？储存场所？2.该植物的叶肉细胞在夜间和白天的细胞液pH变化？极干旱地区；气孔夜间开放，白天关闭；苹果酸；液泡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。①夜间气孔打开吸进CO2，淀粉经糖酵解形成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。学习任务2：观察并描述景天科植物如何解决的CO2吸收问题？苹果酸增加，细胞液pH下降。②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。苹果酸减少，细胞液pH上升。[典例3]

.(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。这类植物夜晚气孔打开吸收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、夜晚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光合作用真题演练(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)答案实验思路：取生长状态相同的植物甲若干株，随机均分为A、B两组；A组在(湿度适宜的)正常环境中培养，B组在干旱环境中培养，其他条件相同且适宜，一段时间后，分别检测两组植株夜晚同一时间液泡中的pH，并求平均值。预期结果：A组pH平均值高于B组。[典例3]

.(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。这类植物夜晚气孔打开吸收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：C4植物能够利用低CO2浓度进行光合作用，因此，目前大气CO2浓度不断增加，对C3植物有利，对C4植物益处不大。小结：C3植物、C4植物和CAM植物富营养化引发的水华已严重威胁到了水体生态系统和人类的健康。水中的无机碳主要以CO2和HCO3-两种形式存在，CO2浓度低。这种环境下，浮游生物蓝细菌是如何进行浓缩碳？学习任务3：蓝细菌因进化出如下图所示的无机碳浓缩机制，使其在竞争中占据优势地位。请分析，蓝细菌的CO2浓缩途径。在HCO3-转运蛋白和CO2转运蛋白的共同协助下，提高羧酶体中Rubisco周围的CO2浓度，促进CO2固定进行光合作用，最终提高光合效率。注意：此处的CO2为主动运输，与常见的CO2跨膜方式不一样。这种多样性体现了生物进化中“没有最优解，只有最适解”的原则，不同途径通过能量-资源-环境的动态平衡，占据了各自独特的生态位。C3植物CO2常见的碳浓缩途径CAM植物C4植物无叶绿体低CO2条件下干旱条件下蓝细菌CO2CO2进化适应位置的分工时间的分工转运蛋白利用本节课的知识，结合基因工程的内容，思考在因干旱不能种植粮食（例如C3植物，小麦)的地区，有什么策略解决粮食短缺问题吗？研究光合作用对解决粮食、碳汇等问题至关重要。[典例4]

(2023·湖南卷，17节选)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)。1、酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；2、受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；3、原核生物和真核生物光合作用机制有所不同。-41-考点拓展:CO2固定途径生活在干旱热带地区的C4植物（玉米）若长时间开放气孔吸收CO2,会导致水分通过蒸腾作用过快散失。所以,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。途径如右图：(1)C4植物光反应发生在叶肉细胞的_____________上,而CO2固定发生在_____________________细胞中。(2)科学家用含14C标记的CO2来追踪玉米光合作用中的碳原子的转移途径,这种碳原子的转移途径是___________________________。暗反应阶段中C3的还原在___________细胞中完成。(3)与水稻、小麦等C3植物相比,C4植物的CO2的补偿点较________。高温、干旱时C4植物还能保持高效光合作用的原因__________________________________________________________________________________________________________________________________。叶肉细胞和维管束鞘类囊体薄膜CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)维管束鞘（无类囊体）PEP羧化酶对CO2具有高亲和力,C4植物可利用低浓度的CO2进行光合作用低(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________________。真题演练CO2的固定细胞质基质线粒体基质（作业21第9题）(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