2027届新高考生物热点精准复习　二氧化碳固定方式的多样性、光呼吸及光抑制

2027届新高考生物热点精准复习二氧化碳固定方式的多样性、光呼吸及光抑制大一轮复习1.C4途径[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

光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体薄膜，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP和NADPH的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有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)。

叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。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。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干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收减少，由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。2.CAM途径[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。特征C3途径C4途径CAM途径与CO2结合的物质RuBP(C5)PEP、RuBP(C5)PEP、RuBP(C5)CO2固定的最初产物C3C4草酰乙酸CO2固定的时间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C3途径、C4途径和CAM途径的比较特征C3途径C4途径CAM途径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。3.光呼吸光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。在暗反应中，Rubisco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，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Rubisco，当CO2浓度高时，Rubisco催化C5与CO2反应；当O2浓度高时，Rubisco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.Rubisco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√由图可知，H＋＋b→a，故a表示NADPH，b表示NADP＋，光反应过程由c形成d，则c表示ADP＋Pi，d表示ATP，f表示RuBP，即C5，A正确；夏季晴朗的中午出现“午休现象”时，气孔关闭，二氧化碳不能正常进入叶肉细胞，但光反应正常进行，导致叶肉细胞内O2浓度较高，O2和C5结合概率增加，因此植物光呼吸的强度较通常有所增大，B正确；Rubisco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，因为玉米能利用较低浓度的CO2，C正确；植物细胞产生的ATP和NADPH过多时会破坏细胞，光呼吸能消耗过多的ATP和NADPH，故光呼吸有利于保护植物，D错误。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√

叶绿体的类囊体薄膜是生成NADPH的场所，A错误；强光导致光反应过强，NADPH和电子累积，从而导致活性氧大量增多，活性氧会攻击生物膜和光系统，造成光抑制或光损伤，B、C正确；分析图可知，铁氰化钾能吸收电子，适度增加铁氰化钾可能会解除光抑制，D正确。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(Rubisco)。下列叙述正确的是12345678910答案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RubiscoC.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√12345678910答案12345678910答案

由题图可以看出，玉米植株进行暗反应的场所在维管束鞘细胞的叶绿体，A错误；PEPC可在CO2浓度较低时固定CO2，所以可以推测PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisco，B错误；12345678910答案

炎热夏季中午，温度较高，部分气孔关闭，CO2供应减少，但玉米叶肉细胞叶绿体含有的酶1能利用低浓度的CO2进行光合作用，故不会出现明显的“光合午休”现象，C错误；夜间不能进行光合作用合成三碳糖，结合题图可知，夜间形成的三碳糖最可能由淀粉转化而来，D正确。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√12345678910答案12345678910答案

从图中可以看到，晚上CAM植物虽然吸收CO2，但没有光照，不能进行光反应，而光合作用包括光反应和暗反应，所以晚上不能进行光合作用，A错误；在细胞呼吸过程中，葡萄糖分解为丙酮酸，图中C可能是丙酮酸，RuBP即C5，存在于叶绿体的基质中，B正确；从图中可知，白天CAM植物产生CO2的部位不仅有线粒体基质(有氧呼吸第二阶段产生CO2)，苹果酸分解也会产生CO2，场所是细胞质基质，C错误；由图可知，晚上CAM植物将CO2以苹果酸的形式储存在液泡中，并没有储存在叶绿体中，D错误。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12345678910答案√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12345678910答案

突变型水稻在弱光下光合速率低，强光下光合速率高，可能是叶绿素含量低，而固定CO2酶活性更高所致，A正确；光照强度为P时，此时限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度，而限制野生型的可能是CO2浓度、温度等其他因素，B错误；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，A点和B点时，野生型和突变型的净光合速率都为0，但从图中可知野生型呼吸速率等于突变型，所以A点时野生型总光合速率等于B点时突变型总光合速率，C错误；12345678910答案

在高温干旱环境下，植物气孔会关闭，CO2吸收减少，突变型水稻在低CO2浓度下光合速率相对较高，相比野生型更适应高温干旱环境，D错误。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1000μmol·m－2·s－1下测得温度对光合速率的影响。12345678910答案据图分析，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12345678910答案√12345678910答案

由图1和图2可知，转双基因水稻的光饱和点更高，且高温条件下净光合速率更高，适合在高温、强光下生存，A正确；图2是在光照为1000μmol·m－2·s－1下测得的，推知图1对应的温度为30℃，故原种水稻a点后限制光合作用的环境因素有CO2浓度和温度，B正确；结合B项，可知图1对应的温度为30℃，并非最适温度，故图1温度升高5℃，转双基因水稻和原种水稻对光的利用能力均增强，光饱和点均升高，C错误。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Rubisco酶，参与卡尔文循环和光呼吸，Rubisco酶对CO2和O2都有亲和力。在较强光照下，Rubisco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12345678910答案√12345678910答案

玉米、大豆叶片中通过有氧呼吸消耗氧气的场所是线粒体内膜，通过光呼吸消耗氧气的场所是叶绿体基质，A正确。由图可知，在CO2/O2的值低时，RuBP结合氧气发生光呼吸，光呼吸会消耗多余的ATP、NADPH，C错误。干旱、晴朗的中午，胞间CO2浓度会降低，叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会增强，D错误。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SoBS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SoBS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。12345678910答案SoBS溶液浓度/(mg·L－1)0100200300400500600光合作用强度/(CO2μmol·m－2·s－1)18.920.920.718.717.616.515.7光呼吸强度/(CO2μmol·m－2·s－1)6.46.25.85.55.24.84.3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500mg·L－1SoBS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SoBS溶液增产最适浓度，应在100～300mg·L－1设置浓度梯度进

行实验√12345678910答案12345678910答案

光照强度减弱后，细胞内O2含量下降，O2在竞争C5中的优势减弱，光呼吸减弱，A正确；脱落酸会使叶片气孔关闭，细胞内O2浓度上升，O2在竞争C5中的优势增强，光呼吸增强，B正确；固定和产生的CO2量相等指光合作用固定的CO2量等于呼吸作用和光呼吸产生的CO2量之和，与对照组相比，喷施500mg·L－1SoBS溶液后，水稻叶片细胞呼吸强度不变，光合作用固定的CO2量减少较多，光呼吸产生的CO2量减少较少，此时在更高的光照强度下固定和产生的CO2量才可能相等，C错误；12345678910答案

SoBS溶液增产最适浓度时光合作用强度与光呼吸强度差值最大，计算可知，本实验中SoBS溶液浓度为200mg·L－1时光合作用强度与光呼吸强度差值最大，所以应在100～300mg·L－1设置浓度梯度进行实验，D正确。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12345678910答案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12345678910答案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√12345678910答案光照过强可能使光系统Ⅱ蛋白受损，从而使得光合能力下降，进而使得光反应合成的NADPH、ATP减少，光合速率降低，A正确；根据图2中的曲线的不同，可知4℃下同一时间非光化学猝灭更高，更易发生光抑制，这是因为低温使暗反应速率变慢、需能减少，导致光能过剩，B正确；12345678910答案

根据图中的不同的曲线可知，题中实验的自变量有两个，即低温胁迫和AsA处理因素的影响，C错误；抗坏血酸(AsA)使得非光化学猝灭增强，而光能以热能的形式耗散，所以AsA处理是通过增加了热耗散从而减轻光抑制，D正确。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：12345678910答案(1)据图1分析，C4植物体内PEP的作用是____________。12345678910答案固定CO2

根据图1，C4植物体内PEP的作用是固定CO2，该过程发生在细胞质基质中。(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____________________________。12345678910答案叶绿体基质都消耗了氧气，放出二氧化碳

根据题干所给R酶的作用是“催化C5与CO2反应”，而C5存在于叶绿体基质中，所以R酶的存在场所是叶绿体基质；光呼吸与细胞呼吸的相同之处是都消耗了氧气，释放出二氧化碳。(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。12345678910答案大于光呼吸12345678910答案

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，则说明P酶与CO2的亲和力大于R酶，能够将更多的CO2固定下来，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与O2竞争R酶的过程中占优势，抑制了光呼吸过程。(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)。12345678910答案大于光合色素的含量、酶的活性和数量等12345678910答案

图2中CO2浓度为B点时，C3植物CO2吸收速率为零，整个植株的光合作用强度等于呼吸作用强度，但叶肉细胞是进行光合作用的主要部位，植株中还存在不进行光合作用的细胞，故叶肉细胞的光合作用强度大于呼吸作用强度。C点之后C3和C4植物均达到了CO2饱和点，可能是受暗反应所需ATP、NADPH限制，也可能是暗反应过程所需酶已饱和，或酶的活性限制了光合作用，此时影响C3植物和C4植物CO2吸收速率的内因有光合色素的含量、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_____________________________。12345678910答案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12345678910答案

将两种植物各一株共同置于同一密闭容器中，开始时，两株植物的光合作用大于呼吸作用，随着实验的进行，CO2浓度逐渐降低，当CO2浓度降低至B点时，C3植物光合作用强度等于呼吸作用强度，植株停止生长，此时C4植物CO2吸收速率大于零，植株仍可生长，因此C3植物先停止生长。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。12345678910答案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：12345678910答案(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_____________。CO2的固定细胞质基质线粒体基质12345678910答案(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)。光呼吸呼吸作用12345678910答案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__________________________________________________________