增分微专题❷　植物代谢途径的几种类型解读-光呼吸与几种碳同化途径

增分微专题❷植物代谢途径的几种类型解读——光呼吸与几种碳同化途径01.类型一02.类型二03.专题强化练9内容索引01.类型一[真题示例]例1(2024·吉林卷)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2的值低时，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甲。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__________。CO2的固定解析：反应①C5和CO2在酶R的作用下生成C3，是CO2的固定过程。细胞质基质线粒体基质解析：有氧呼吸的第一阶段和第二阶段产生NADH，场所分别为细胞质基质和线粒体基质。(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，结果如图乙、图丙。图乙中植物光合作用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________________________。有氧呼吸光呼吸7—10时，随着光照强度的增加，改变光呼吸的转基因株系1和2的光呼吸速率增长较慢，从而导致株系1和2的净光合速率增长较快据图丙中的数据________(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是_________________________________________________________。不能总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＋光呼吸速率，由图丙数据不能得出株系1的呼吸速率和光呼吸速率，故不能计算出其总光合速率解析：由图甲可知，光呼吸过程也可以产生CO2；结合教材知识可知，有氧呼吸第二阶段也可以产生CO2。故图乙中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸和有氧呼吸。根据题中信息“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”推测，7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异是株系1和2与WT的光呼吸速率存在差异导致的。再结合题干信息“光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程”推测，7—10时，随着光照强度的增加，改变光呼吸的转基因株系1和2的光呼吸速率增长较慢，从而导致株系1和2的净光合速率增长较快。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＋光呼吸速率，根据图丙无法推出株系1的呼吸速率和光呼吸速率，故据图丙中的数据不能计算出株系1的总光合速率。(4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是__________________________________________________________。相同光照强度和CO2浓度下，株系1的净光合速率较高，积累有机物较多解析：由图乙和图丙可以看出，在相同光照强度和CO2浓度下，与株系2相比，株系1的净光合速率较高，积累的有机物较多，产量可能更具优势。

[题后拓展]1．深入理解植物的光呼吸图示解读①光呼吸现象产生的分子机制：强光高氧条件下，O2与CO2竞争Rubisco，最终将C5氧化生成CO2。②光呼吸的不利影响：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。③光呼吸的有利影响：强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，自由基会损伤叶绿体。而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。④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2.光呼吸与细胞呼吸的比较项目光呼吸细胞呼吸底物底物是光照下叶绿体中新形成的某种物质常用底物是葡萄糖，可以是新形成的，也可以是之前储存的场所只发生在光合细胞中，在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体协同作用下进行所有活细胞中都可以进行条件光下，O2/CO2的值相对高时有氧、无氧都可进行，光下、暗处都可进行意义CO2供应不足时，通过消耗过多的NADPH和ATP，以避免对细胞造成伤害为生命活动提供直接能源物质ATP[真题示例]例2(2025·山东卷)高光强环境下，植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长，其部分光合过程如图所示。(1)叶绿体膜的基本支架是____________；叶绿体中含有许多由类囊体组成的________，扩展了受光面积。磷脂双分子层基粒解析：叶绿体膜属于生物膜的范畴，生物膜的基本支架是磷脂双分子层；叶绿体中含有许多由类囊体组成的基粒，扩展了受光面积。(2)据图分析，生成NADPH所需的电子源自于________。采用同位素示踪法可追踪物质的去向，用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后，以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、__________，离心收集绿藻并重新放入含H218O的培养液中，在适宜光照条件下继续培养，绿藻产生的带18O标记的气体有________________________。H2O丙酮酸、[H]氧气(或O2)和二氧化碳(CO2)解析：据图分析，H2O在光下分解为O2和H＋，同时产生的电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH，即生成NADPH所需的电子源自于H2O。3H2O被植物细胞吸收后参与光合作用，生成C63H12O6。在有氧呼吸的第一阶段，C63H12O6在细胞质基质中被分解成含有3H的丙酮酸，产生少量的[3H]，并释放少量的能量；在有氧呼吸的第二阶段，丙酮酸与3H2O在线粒体基质中被彻底分解生成CO2和[3H]，释放少量的能量；在线粒体内膜上完成的有氧呼吸的第三阶段，[3H]与O2结合生成3H2O，并释放大量的能量。可见，用含3H2O的溶液培养该绿藻，一段时间后，能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、丙酮酸。培养液中H218O被绿藻吸收后，在光合作用的光反应阶段被分解产生18O2；在有氧呼吸的第二阶段，H218O与丙酮酸被彻底分解为C18O2和［H］，即产生的带18O标记的气体有O2和CO2。(3)据图分析，通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为______________________________________________。途径①通过将过剩的电子传递给氧气，生成超氧化物(如H2O2)，进而这些超氧化物被活性氧清除系统(如过氧化氢酶等)清除，从而防止活性氧对光合系统的损伤；途径②将叶绿体吸收的过剩光能转化为热能散失，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而防止对光合系统的损伤解析：据图分析，途径①通过将过剩的电子传递给氧气，生成超氧化物(如H2O2)，进而这些超氧化物被活性氧清除系统(如过氧化氢酶等)清除，从而防止活性氧对光合系统的损伤；途径②将叶绿体吸收的过剩光能转化为热能散失，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而防止对光合系统的损伤。

[题后拓展]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，光合作用效率下降。(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，保护光合结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。[反馈即练]1．(2025·陕晋青宁卷)叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图甲。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图乙。回答下列问题。(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的__________，产物C3在光反应生成的______________参与下合成糖类等有机物。基质ATP、NADPH解析：叶绿体中R酶催化CO2固定，二氧化碳固定属于暗反应过程，暗反应发生在叶绿体基质中。产物C3在光反应生成的ATP和NADPH的作用下合成糖类等有机物，其中ATP可以提供能量，NADPH作为还原剂并提供能量。(2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图甲乙可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是__________________________________________________。植株S保卫细胞中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，暗反应速率加快解析：结合图示和题干信息分析，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，暗反应速率加快，从而使得植株S叶片的净光合速率高于植株W。(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率______(填“增大”或“减小”)；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度________(填“大”“小”或“无法判断”)。减小小解析：叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点，保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，二氧化碳竞争R酶的能力减弱，暗反应速率减小，因此植株S的净光合速率减小。相较于植株W，植株S在相同条件下气孔开度相对较大，有利于二氧化碳的吸收，因此植株S的净光合速率变化幅度较小。(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果：______________________________________________________。实验思路：以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。预期结果：植株T净光合速率小于植株W，植株S净光合速率大于植株W解析：为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，还需要补充的一个实验组是构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株(假设为T)，实验思路是以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。根据上述分析，G酶有利于光合作用的进行，因此预期结果是植株T净光合速率小于植株W，植株S净光合速率大于植株W。2．(山东卷)强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。分组处理甲清水乙BR丙BR＋L(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是________。(2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有________________、______________(答出2种原因即可)；氧气的产生速率继续增加的原因是___________。蓝紫光五碳化合物供应不足CO2供应不足强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生的氧气速率增强(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光抑制________(填“增强”或“减弱”)；乙组与丙组相比，说明BR可能通过________________________发挥作用。减弱促进光反应中关键蛋白的合成解析：该实验探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制，自变量是对幼苗不同的处理，因变量为光合作用强度，由曲线可知，BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成来减弱光抑制现象。(1)苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素，其中胡萝卜素在层析液中溶解度最大，故色素分离时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素，主要吸收蓝紫光。(2)影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2浓度，温度等；其内部因素有酶的活性、色素的数量、五碳化合物的含量等。强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，可能的原因有五碳化合物供应不足、CO2供应不足；氧气的产生速率继续增加的原因是强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生的氧气速率增强。(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光合作用强度较高，说明加入BR后光抑制减弱；乙组用BR处理，丙组用BR和试剂L处理，与乙组相比，丙组光合作用强度较低，由于试剂L可抑制光反应中关键蛋白的合成，说明BR可能通过促进光反应中关键蛋白的合成发挥作用。02.类型二[真题示例]例1(湖南卷)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Rubisco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(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第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-磷酸甘油醛蔗糖维管组织解析：玉米的卡尔文循环的过程与水稻相同，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3-磷酸甘油酸，然后再被还原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，通过维管组织运输。(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)。高于高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC对CO2的亲和力比水稻的Rubisco更高；玉米能通过PEPC生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸解析：干旱、高光照强度时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC与CO2的亲和力高，可以利用低浓度的CO2进行光合作用，同时抑制植物的光呼吸，且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。(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)。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解析：将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度，而植物的光合作用强度还受到很多因素的影响。在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制；也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。[题后拓展]深入理解C4植物的光合作用过程C3、C4植物的叶片结构C4植物的光合作用过程解读①C4植物维管束鞘细胞及周围的一部分叶肉细胞构成“花环型”结构；②C4植物叶肉细胞的叶绿体正常，维管束鞘细胞的叶绿体没有基粒；③C4植物光合作用过程：叶肉细胞叶绿体类囊体膜进行光反应→叶绿体基质进行C4途径→维管束鞘细胞叶绿体进行C3途径→合成有机物[真题示例]例2(全国乙卷)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。细胞质基质、线粒体、叶绿体(类囊体薄膜)细胞呼吸解析：白天有光照，叶肉细胞能利用液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2进行光合作用，也能利用光合作用产生的氧气和有机物进行有氧呼吸，光合作用光反应阶段能将光能转化为化学能储存在ATP中，有氧呼吸三阶段都能产生能量合成ATP，因此叶肉细胞能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体(线粒体基质和线粒体内膜)、叶绿体类囊体薄膜。光合作用为有氧呼吸提供有机物和氧气，反之，细胞呼吸(呼吸作用)产生的二氧化碳也能用于光合作用暗反应，故光合作用所需的CO2可来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸(或呼吸作用)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。蒸腾作用丢失大量水分光合作用(暗反应)解析：由于环境干旱，植物吸收的水分较少，为了维持机体的平衡适应这一环境，气孔白天关闭能防止白天因温度较高蒸腾作用较强导致植物体水分散失过多，晚上气孔打开吸收二氧化碳储存固定以保证光合作用等生命活动的正常进行。(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：取若干生理状态相同的植物甲，平均分为A、B两组并于夜晚测定其细胞液pH。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，其他条件保持相同且适宜。一段时间后，分别测定A、B两组植物夜晚细胞液的pH并记录。预期结果：A组pH小于B组，且B组pH实验前后变化不大，说明植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。解析：该实验自变量是植物甲所处的生存环境是否干旱，由于夜间气孔打开吸收二氧化碳，生成苹果酸储存在液泡中，导致液泡pH降低，故可通过检测液泡的pH验证植物甲存在该特殊方式，即因变量检测指标是液泡中的pH。实验思路：取若干生理状态相同的植物甲，平均分为A、B两组并于夜晚测定其细胞液pH。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，其他条件保持相同且适宜。一段时间后，分别测定A、B两组植物夜晚细胞液的pH并记录。预期结果：A组pH小于B组，且B组pH实验前后变化不大，说明植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。

[题后拓展]1．深入理解光合作用的景天酸代谢途径(CAM途径)图示解读①夜晚：气孔开放，吸入CO2，与PEP结合形成OAA(草酰乙酸)，OAA被NADH还原为苹果酸，积累于液泡中。②白天：气孔关闭，液泡中的苹果酸进入细胞质基质，生成丙酮酸，释放CO2；CO2进入叶绿体参与卡尔文循环形成淀粉等。③CAM途径的形成：是植物长期适应干旱环境而进行的自然选择的结果。④意义：此途径除维持光合作用外，还避免造成水分过多散失。⑤CAM途径的特点：植物利用的CO2含量有限，光合作用强度较低，生物产量较低2.C3、C4植物与CAM植物光合作用过程的比较特征C3植物C4植物CAM植物与CO2结合的物质RuBP(C5)PEPPEPCO2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。[真题示例]例3(天津卷)Rubisco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Rubisco的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。(1)蓝细菌具有CO2浓缩机制，如下图所示。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Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进________和抑制___________提高光合效率。自由扩散主动运输CO2固定O2与C5结合

叶绿体提高提高解析：由题干信息可知，植物在光下会进行一种区别于光合作用和呼吸作用的生理作用，即光呼吸作用，该作用在光下吸收O2形成C3和C2，该现象与植物的Rubisco有关，它催化五碳化合物反应取决于CO2和O2的浓度，当CO2的浓度较高时，会进行光合作用的暗反应阶段，当O2的浓度较高时，会进行光呼吸。(1)据图分析，CO2进入细胞膜的方式为自由扩散，进入光合片层膜时需要膜上的CO2转运蛋白协助并消耗能量，为主动运输过程。蓝细菌通过CO2浓缩机制使羧化体中Rubisco周围的CO2浓度升高，从而通过促进CO2固定进行光合作用，同时抑制O2与C5结合，进而抑制光呼吸，最终提高光合效率。

[题后拓展]蓝细菌的CO2浓缩机制蓝细菌具有CO2浓缩机制，如下图所示。注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。CO2依次以自由扩散和主动运输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Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进CO2固定来提高光合作用强度。[反馈即练]1．(全国甲卷)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、ATP解析：植物光合作用过程中光反应阶段发生水的光解、NADPH和ATP的合成，其中水的光解过程中会释放O2，并产生H＋、e－，H＋、e－与NADP＋反应生成NADPH，ATP的合成过程中以ADP和Pi为原料，利用光能合成ATP，因此光反应阶段的产物有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)。部分光合产物用于叶片自身的细胞呼吸，为新陈代谢提供能量；部分光合产物用于叶片自身的生长发育解析：正常情况下，叶片光合作用合成的有机物一部分用于叶片自身的呼吸作用，为叶片的生命活动提供能量；一部分光合产物会储存在叶片中，用于叶片自身的生长发育，因此植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(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_________________________________________。干旱会导致气孔开度减小，胞间CO2浓度降低，与C3植物相比，C4植物的CO2补偿点较低，能在较低浓度的CO2条件下，固定利用更多的CO2进行光合作用，以维持自身的生长解析：干旱会导致气孔开度减小，胞间CO2浓度降低，CO2补偿点是衡量植物对低CO2浓度适应能力的指标，和C3植物相比，C4植物的CO2补偿点较低，C4植物能在较低浓度的CO2条件下，固定并利用更多的CO2进行光合作用，以维持自身的生长。2．(山东卷)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SoBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示，SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。SoBS浓度/(mg/L)0100200300400500600光合作用强度/(CO2μmol·m-2·m-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(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_________________________。基质光照停止，产生的ATP、[H]减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多解析：C5位于叶绿体基质中，则O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照，则光反应产生的ATP、[H]减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多。(2)与未喷施SoBS溶液相比，喷施100mg/LSoBS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________________________________。低喷施

SoBS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，两者即可相等解析：叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度即为光饱和点，与对照相比，喷施100mg/LSoBS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)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SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在________mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。100～300解析：光呼吸会消耗有机物，但光呼吸会释放CO2，补充光合作用的原料，适当抑制光呼吸可以增加作物产量，由表可知，在SoBS溶液浓度为200mg/LSoBS时光合作用强度与光呼吸强度差值最大，即光合产量最大，为了进一步探究最适喷施浓度，应在100～300mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。3．(辽宁卷)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390μmol·mol-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(Rubisco)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Rubisco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)真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成____________，进而被还原生成糖类，此过程发生在____________中。三碳化合物叶绿体基质解析：光合作用的暗反应中，CO2被固定形成三碳化合物，进而被还原生成糖类，此过程发生在叶绿体基质中。

叶绿体呼吸作用和光合作用

①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”)Rubisco。②图乙所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是_____________。图中由Pyr转变为PEP的过程属于________(填“吸能反应”或“放能反应”)。③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用__________技术。高于NADPH和ATP吸能反应同位素标记

03.专题强化练91．(2025·重庆一模)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；铁氰化钾能吸收e－)。据此分析，下列说法错误的是(

)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答案：A解析：类囊体膜是生成NADPH的场所，A错误；强光导致光反应过强，NADPH和电子累积，导致活性氧大量增多，造成光合速率下降，导致光抑制或光损伤，B、C正确；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。2．(2025·河北沧州一模)(不定项)Rubisco催化CO2的固定，其活性易受低CO2浓度的抑制。为了适应水中低CO2环境，地球上几乎所有水生藻类都进化出一种被称为蛋白核的特殊结构，为Rubisco提供浓缩的CO2，而陆地农作物细胞中通常不含这种蛋白核。下列推断不合理的是(

)A．低CO2浓度抑制Rubisco的活性进而会抑制光合作用速率B．高等植物的Rubisco最可能分布在叶肉细胞的类囊体薄膜上C．光合作用中Rubisco催化CO2的固定需消耗ATP和NADPHD．导入蛋白核合成基因的农作物可能将不存在光合“午休”现象答案：BC解析：Rubisco催化CO2的固定，低CO2浓度抑制Rubisco的活性进而抑制光合作用速率，A正确；Rubisco催化CO2的固定，即暗反应的过程，故高等植物的Rubisco最可能主要分布在细胞的叶绿体基质中，B错误；光反应产生的ATP和NADPH参与暗反应过程C3的还原，光合作用过程中Rubisco催化CO2的固定不需要ATP和NADPH，C错误；光合“午休”现象是由于气孔关闭导致二氧化碳不足造成的，导入蛋白核合成基因的农作物为Rubisco提供浓缩的CO2，可能不存在光合“午休”现象，D正确。

(1)光能被叶绿体内类囊体薄膜上的__________捕获，将水分解后，由_____________驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2转化为储存化学能的糖类。光合色素ATP、NADPH解析：光合作用的光反应阶段场所是叶绿体的类囊体薄膜上(色素和光反应有关的酶在类囊体薄膜上)，光能被叶绿体内类囊体薄膜上的光合色素捕获，将水分解后，由ATP和NADPH驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2转化为储存化学能的糖类。(2)绿色植物在光照条件下还能进行光呼吸，具体过程如图所示。R酶具有双重催化功能，在高CO2浓度、低O2浓度时，催化CO2与C5结合，生成C3，在低CO2浓度、高浓度O2时，催化O2与C5结合，生成C3和乙醇酸。试从物质、能量及反应条件和场所的角度，分别比较光呼吸与植物细胞有氧呼吸的不同点_______________________。答案：光呼吸利用O2和C5，有氧呼吸利用葡萄糖和O2；光呼吸消耗ATP，有氧呼吸合成ATP；光呼吸必须在光照条件下进行，有氧呼吸在光照和黑暗条件下都可以进行；光呼吸在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中进行，有氧呼吸在细胞质基质和线粒体中进行解析：从图甲可以看出光呼吸通过消耗光反应产生的过剩NADPH、ATP减少能量积累对叶绿体的伤害。光呼吸是在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。该过程中氧气被消耗，并且会生成二氧化碳。光呼吸与有氧呼吸区别是光呼吸消耗ATP，有氧呼吸产生ATP。光呼吸只有在光下才能发生，有氧呼吸黑暗和光照条件下都能发生。

主动运输R酶附近的CO2浓度提高，促进CO2与C5结合，减少O2与C5结合

(4)研究人员通过向水稻叶绿体中引入人工设计合成的一条代谢途径(GOC)，能直接在叶绿体中催化乙醇酸转化成CO2，同时抑制叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白基因的表达，最终提高了水稻的净光合速率。GOC型水稻净光合速率高于野生型水稻的原因包括________。A．GOC型水稻新增的代谢途径，提高了乙醇酸利用率B．GOC型水稻新增的代谢途径，直接加速了C3再生C5C．GOC型水稻新增的代谢途径，减少了叶绿体中CO2损失D．GOC型水稻内催化乙醇酸转化成CO2的酶活性比R酶活性高AC解析：GOC型水稻新增的代谢途径，能直接在叶绿体中催化乙醇酸转化成CO2，同时抑制叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白基因的表达，最终提高了水稻的净光合速率，提高了乙醇酸利用率，减少了叶绿体中CO2损失，B、D错误，A、C正确。4．(14分)(2025·黑龙江一模)在池塘和湖泊中，存在着种类多样的沉水植物。与陆生植物不同，沉水植物对CO2的利用效率具有局限性，这是因为CO2在水体中的扩散速率仅仅是在空气中的万分之一。为了适应水体的无机碳环境，沉水植物在结构和代谢机制上与陆生植物有很大差异。(1)沉水植物的叶片常会进化成非常薄的丝状。从获取CO2的角度，试分析其原因是_________________________________。相对表面积更大，有利于吸收更多的CO2

(2)底泥中富含大量CO2。有些沉水植物根系发达，且在根部和叶片有大量连续的空洞。从获取CO2的角度分析，其意义是：_________________________________________。发达的根系可充分吸收底泥中的CO2，连续空洞便于CO2扩散至叶片，供给植物的光合作用解析：底泥中富含大量CO2，有些沉水植物根系发达有利于其充分吸收底泥中的CO2，根部和叶片有大量连续的空洞便于CO2扩散至叶片，供给植物的光合作用。(3)为进一步提高CO2的利用效率，许多沉水植物进化出了特殊的光合代谢机制。下图为某种沉水植物的光合代谢模型。

PEP羧化酶草酰乙酸没有光照，不能通过光反应提供ATP和NADPH增强其固定CO2的能力偏大

5．(16分)(2025·四川一模)蒙顶山茶是中国传统绿茶。茶树是典型的C3植物，具有光呼吸作用。茶树叶片的光合作用对其产量和品质有重要影响，不同间作模式下茶树叶片生理代谢活动也会随着环境变化而表现出一定差异。研究人员以纯茶园(CK)、马缨花—茶间作茶园(MT)、冬樱花—茶间作茶园(DT)、核桃—茶间作茶园(HT)4种种植模式进行研究得到以下数据。(1)净光合速率是指单位时间内植物有机物的________。根据结果可知，茶树净光合速率在12：00—14：00增加的是__________________模式。研究发现，胞间CO2

浓度降低会抑制光呼吸的进行。光呼吸是一种消耗能量和有机物的过程，其减少可以间接提高光合效率，从而导致净光合速率增加。据图分析茶树净光合速率变化为该模式的可能原因是__________________________。积累量核桃—茶间作茶园(HT)蒸腾速率增大，为了减小水分散失，气孔导度下降，胞间CO2下降，光呼吸强度降低，有机物消耗减少，从而导致净光合速率增加解析：①净光合速率是指单位时间内植物有机物的积累量，净光合速率＝总光合速率－呼吸速率；②据第一个图可知，核桃—茶间作茶园(HT)种植模式下，茶树净光合速率增加；③观察第二个图与第三个图中HT组的变化情况可得，在12：00—14：00茶树的蒸腾速率增大，为减少水分散失，气孔导度也发生下降，因此胞间CO2下降，结合题目信息可知，胞间CO2下降使光呼吸减弱，消耗有机物减少，因此净光合速率增加。(2)根据结果可知，茶树净光合速率在16：00—18：00时出现大幅度降低，甚至出现了低于0的值，可能的原因是___________________________________________________________。16：00—18：00光照逐渐减弱，光合作用逐渐减弱，甚至低于呼吸作用强度，导致净光合速率为负值解析：净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，根据结果可知，茶树净光合速率在16：00—18：00时出现大幅度降低，甚至出现了低于0的值，原因是16：00—18：00光照逐渐减弱，光合作用逐渐减弱，甚至低于呼吸作用强度，导致净光合速率为负值。(3)茶叶叶肉细胞的Rubisco具有“两面性”，即在光下叶绿体中的

C5能与CO2形成C3，当CO2/O2的值低时，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。Rubisco的存在场所应为____________。为了提高产量，减少不必要的光呼吸损耗，请设计一种较简单的方法：___________________，并说明原因：______________________。叶绿体基质适当升高CO2浓度适当升高CO2浓度一方面使光呼吸速率降低、消耗减少，另一方面使光合速率增加，有利于提高作物产量解析：①根据题目信息可知，Rubisco是暗反应中发挥作用的一种酶，因此Rubisco存在的场所为叶绿体基质；②根据题目信息可知，Rubisco的作用取决于CO2/O2的值，因此适当升高CO2浓度能够提高产量，减少不必要的光呼吸损耗；③根据题目信息可知，当CO2/O2的值低时，会发生光呼吸，因此，适当升高CO2浓度一方面使光呼吸速率降低、消耗减少，另一方面使暗反应增强，光合速率增加，有利于提高作物产量。6．(14分)(2025·山东济宁一模)Rubisco具有“两面性”，CO2浓度较高时，该酶参与暗反应，催化C5与CO2反应，最终得到光合产物；O2浓度较高时，该酶参与光呼吸，催化C5与O2反应形成乙醇酸，最终产生CO2。图示实线部分为高光、高温条件下，水稻叶肉细胞的部分代谢过程，图示虚线为利用基因工程技术构建的光呼吸GOC支路。回答下列问题。(1)光合作用暗反应过程中Rubisco催化反应的产物被还原，为其提供能量的物质是__________________________________________。晴朗的夏季中午，水稻会出现“光合午休”现象，该现象的产生主要与一种植物激素含量的变化相关，该激素为________。NADPH和ATP脱落酸解析：光反应过程光能转化成活跃的化学能储存在ATP和NADPH中，ATP和NADPH为暗反应提供能量。脱落酸能够诱导气孔关闭，减少水分的散失，帮助植物应对干旱等逆境条件。水稻会出现“光合午休”现象主要与脱落酸有关。(2)图中参与光呼吸过程的细胞结构有____________________________________________________。研究发现，光照强度降低时，光呼吸的速率也会降低，推测其原因是_________________________________________________________。叶绿体、过氧化物酶体、线粒体光照强度降低时光反应产生的O2减少，Rubisco催化的C5与O2反应速率降低解析：据图可知，参与光呼吸过程的细胞结构有叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。依题意，当氧气浓度高时Rubisco参与光呼吸，光照强度降低时光反应产生的O2减少，Rubisco催化的C5与O2反应速率降低，光呼吸的速率也降低。(3)光呼吸GOC支路的构建可显著提高水稻产量，其原理是__________________________________________________________。该支路提高了叶绿体中CO2的浓度，提高了CO2竞争Rubisco的优势，光呼吸减弱，光合作用增强解析：依题意，CO2浓度高时，Rubisco参与暗反应。GOC支路提高了叶绿体中CO2的浓度，提高了CO2竞争Rubisco的优势，光呼吸减弱，光合作用增强。因此，光呼吸GOC支路的构建可显著提高水稻产量。7．(16分)(2025·江西萍乡一模)光照是影响光合作用的重要环境因子。科研人员通过分析叶绿素荧光参数筛选到一个对高光强敏感的拟南芥突变体nadk2。nadk2基因编码一个定位于叶绿体的NAD磷酸激酶，负责催化NAD生成NADP＋。如图为拟南芥叶肉细胞内的叶绿体中消耗NADP＋的部分反应。回答下列问题：(1)NAD磷酸激酶催化生成的NADP＋可用于光合作用的________反应。据图可知，类囊体膜上合成ATP所需的能量直接来自________________________，若类囊体腔中的H＋泄露至叶绿体基质，类囊体膜上ATP的合成速率将会________(填“升高”“保持不变”或“降低”)。光类囊体膜两侧H＋浓度梯度势能降低解析：NAD磷酸激酶催化生成的NADP＋可用于光合作用的光反应，合成NADPH。据题图可知，类囊体膜内外存在H＋浓度差，类囊体膜上合成ATP所需的能量直接来自类囊体膜两侧H＋浓度梯度势能。若类囊体腔中的H＋泄露至叶绿体基质，类囊体膜内外H＋浓度差减小，ATP的合成速率将会降低。(2)将高光强敏感的拟南芥突变体nadk2由适宜光照条件转移到高光强条件时，光反应速率会显著下降，表现出典型的光抑制现象，造成该现象的原因可能是____________________________