2026屆新高考生物沖刺復習光合作用（拓展）光呼吸定義：進行光合作用的細胞在照光后引起的吸收O2、釋放CO2的過程。CO2和O2競爭性與Rubisco結合①當CO2濃度高時，Rubisco催化C5與CO2生成2分子C3，進行卡爾文循環(huán)；②當O2濃度高時，Rubisco催化C5與O2形成1分子C3和1分子C2，其中C3進行卡爾文循環(huán)，C2進行光呼吸。Rubisco的特性：可以與O2結合，催化加氧反應可以與CO2結合，催化羧化反應CO2+C5→2C3O2+C5→C3+C2卡爾文循環(huán)卡爾文循環(huán)光呼吸場所：與一般細胞呼吸不同

葉綠體、過氧化物酶體、線粒體光呼吸C5C3NADPHC2物質變化：光呼吸的危害：①碳的同化：如果在較強光下，光呼吸加強，使得C5氧化分解加強，一部分碳以CO2的形式散失，從而減少了光合產(chǎn)物的形成和積累。②能量：光呼吸過程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的損耗。消耗O2、ATP和NADPH產(chǎn)生CO2光呼吸強光時，由于光反應速率大于暗反應速率，因此，葉肉細胞中會積累ATP和NADPH，這些物質積累會產(chǎn)生自由基，尤其是超氧陰離子，這些自由基能損傷葉綠體，而強光下，光呼吸加強，會消耗光反應過程中積累的ATP和NADPH，從而減輕對葉綠體的傷害。光呼吸的意義：植物的自我防護機制①釋放的CO2可在葉片氣孔關閉或外界CO2濃度降低時，維持C3途徑的運轉②光呼吸過程中消耗了過剩的ATP和NADPH，減輕對葉綠體的破壞。③有氧條件下光呼吸損失了一部分有機碳，但C2循環(huán)可以回收碳回到C3循環(huán)，避免造成碳的過多損失C4植物C4途徑：20世紀60年代人們發(fā)現(xiàn)，除了卡爾文循環(huán)以外，一些熱帶或亞熱帶起源的植物中還存在著另一個獨特的CO2固定途徑。該途徑固定CO2的最初產(chǎn)物為草酰乙酸（四碳化合物），因而被稱為C4途徑。通過C4途徑固定CO2的植物被稱為C4植物，如甘蔗、玉米、高粱。C4植物具有一個典型的結構特征，即葉脈周圍有一圈含葉綠體的薄壁維管束鞘細胞，其外面整齊環(huán)列葉肉細胞。草酰乙酸維管束鞘細胞葉肉細胞維管束鞘細胞維管束鞘細胞上表皮葉肉細胞維管束葉肉細胞葉綠體下表皮氣孔保衛(wèi)細胞葉肉細胞C3植物的葉片中有葉綠素的細胞主要為葉肉細胞，維管束鞘細胞無葉綠體。葉肉細胞產(chǎn)生的光合產(chǎn)物經(jīng)維管束運走。C4植物的葉片中葉肉細胞和維管束鞘細胞均有葉綠體，葉肉細胞緊密著生于維管束鞘周圍，且二者之間存在大量胞間連絲，有利于光合產(chǎn)物的轉運，二者合作完成光合作用。C4植物維管束鞘細胞葉肉細胞細胞大小葉綠體排列葉綠體C3植物小不含柵欄組織和海綿組織有，光反應和暗反應C4植物大含緊密著生于維管束鞘周圍有，光反應外界的CO2經(jīng)氣孔被葉片吸收后，在葉肉細胞中直接經(jīng)Rubisco酶催化與C5結合生成C3。C4植物CO2PEP酶C4丙酮酸（C3）PEP（C3）CO2Rubisco酶ATPADP卡爾文循環(huán)（CH2O)葉肉細胞維管束鞘細胞②經(jīng)PEP循環(huán)運進維管束鞘細胞的CO2在進行正常的卡爾文循環(huán)，完成CO2的固定與C3的還原。①C4植物的葉肉細胞中不進行卡爾文循環(huán)，而進行具有CO2富集作用的PEP循環(huán)，將CO2運輸進維管束鞘細胞中；（PEP酶：具有很高的CO2親和性；對低CO2環(huán)境的適應）C4植物低濃度高濃度光反應CO2的初固定CO2的再固定PEP再生C4植物C4途徑的生理意義：C4植物C4植物大多起源于熱帶或亞熱帶，對高溫、強光與干旱的適應性更強，這是因為C4循環(huán)具有濃縮CO2和減少水分散失的特點。①葉肉細胞PEP酶對CO2的親和力極高，即使植物氣孔部分關閉，PEP酶仍能催化固定較低濃度的CO2，并且沒有與O2的競爭反應，因此固定CO2的效率高。②C4轉移至維管束鞘細胞并在此脫羧釋放出CO2，顯著提高了維管束鞘細胞中CO2的濃度，這是一種濃縮CO2的機制，促進了Rubisco催化的羧化反應，并且抑制了加氧反應，降低了光呼吸。③在維管束鞘細胞中形成的光合產(chǎn)物被及時運至維管束，避免了光合產(chǎn)物的積累可能導致的反饋抑制作用C4植物2．(2021·遼寧，22)早期地球大氣中的O2濃度很低，到了大約3.5億年前，大氣中O2濃度顯著增加，CO2濃度明顯下降?，F(xiàn)在大氣中的CO2濃度約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)是一種催化CO2固定的酶，在低濃度CO2條件下，催化效率低。有些植物在進化過程中形成了CO2濃縮機制，極大地提高了Rubisco所在局部空間位置的CO2濃度，促進了CO2的固定?；卮鹣铝袉栴}：(1)真核細胞葉綠體中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成______________，進而被還原生成糖類，此過程發(fā)生在________________中。(2)海水中的無機碳主要以CO2和HCO3(－)兩種形式存在，水體中CO2濃度低、擴散速度慢，有些藻類具有圖1所示的無機碳濃縮過程，圖中HCO3(－)濃度最高的場所是________(填“細胞外”或“細胞質基質”或“葉綠體”)，可為圖示過程提供ATP的生理過程有_______________________________________________________________________________。三碳化合物葉綠體基質葉綠體細胞呼吸和光合作用C4植物(3)某些植物還有另一種CO2濃縮機制，部分過程見圖2。在葉肉細胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可將HCO3(－)轉化為有機物，該有機物經(jīng)過一系列的變化，最終進入相鄰的維管束鞘細胞釋放CO2，提高了Rubisco附近的CO2濃度。①由這種CO2濃縮機制可以推測，PEPC與無機碳的親和力____________(填“高于”“低于”或“等于”)Rubisco。②圖2所示的物質中，可由光合作用光反應提供的是_____________________________。圖中由Pyr轉變?yōu)镻EP的過程屬于__________________(填“吸能反應”或“放能反應”)。③若要通過實驗驗證某植物在上述CO2濃縮機制中碳的轉變過程及相應場所，可以使用________________技術。(4)通過轉基因技術或蛋白質工程技術，可能進一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有___________。A．改造植物的HCO3(－)轉運蛋白基因，增強HCO3(－)的運輸能力

B．改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成

C．改造植物的Rubisco基因，增強CO2固定能力D．將CO2濃縮機制相關基因轉入不具備此機制的植物高于NADPH和ATP吸能反應同位素示蹤ACCAM植物分布在季節(jié)性干旱水分不充足的環(huán)境中的景天科植物等，為了適應極端干旱的環(huán)境，其葉片結構和光合碳代謝機制上都表現(xiàn)出獨有的特點。首先，葉片通常肉質化，表皮厚，面積／體積的值低，液泡大，氣孔開放孔徑小，頻率低。在CO2同化機制方面，則表現(xiàn)為葉片氣孔夜開晝合，葉肉細胞液泡在夜間大量積累蘋果酸，酸度升高；白天蘋果酸含量減少，酸度下降，淀粉、糖的含量增加。這種有機酸合成晝夜變化的光合碳代謝類型稱為景天酸代謝（CAM）途徑。正是這些結構和代謝機制上的特點，使得CAM植物在干旱條件下更具優(yōu)勢。還有一些重要經(jīng)濟植物也是這種代謝類型，如菠蘿、龍舌蘭、仙人掌和蘭科等。CAM植物黑暗：氣孔開放，允許H2O的散失和CO2的進入生理過程：CO2的吸收和固定儲存在液泡中，液泡pH下降CO2+磷酸烯醇式丙酮酸PEP羧化酶草酰乙酸蘋果酸NAD+蘋果酸脫氫酶NAD+NADHCAM植物光照：氣孔關閉，阻礙H2O的散失和CO2的進入生理過程：儲存的蘋果酸脫羧和內部CO2再固定液泡pH上升，細胞中淀粉、糖含量增加酶蘋果酸(液泡)蘋果酸(細胞質)CO2卡爾文循環(huán)白天的CO2來源：蘋果酸脫羧細胞呼吸釋放CAM植物CAM途徑的適應優(yōu)勢在于通過白天氣孔關閉減少蒸騰作用所帶來的水分損失。CO2吸收與光合反應在時間上分離：CO2吸收和固定在夜間進行，以蘋果酸形式儲存在液泡中，相當于“CO2庫”；白天進行脫羧和內部釋放CO2再固定，氣孔關閉，減少蒸騰作用的同時避免釋放出的CO2經(jīng)氣孔向外擴散。2021.全國乙.7．生活在干旱地區(qū)的一些植物（如植物甲）具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用?；卮鹣铝袉栴}：（1）白天葉肉細胞產(chǎn)生ATP的場所有

。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和

釋放的CO2。（2）氣孔白天關閉、晚上打開是這類植物適應干旱環(huán)境的一種方式，這種方式既能防止

，又能保證

正常進行。（3）若以pH作為檢測指標，請設計實驗來驗證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。（簡要寫出實驗思路和預期結果）細胞質基質、線粒體、葉綠體（類囊體薄膜）細胞呼吸蒸騰作用丟失大量水分光合作用（暗反應）實驗思路：①取若干生理狀態(tài)相同的植物甲，平均分為A、B兩組并于夜晚測定其細胞液pH值。②將A組置于干旱條件下培養(yǎng)，B組置于水分充足的條件下培養(yǎng)，其它條件保持相同且適宜。③一段時間后，分別測定A、B兩組植物夜晚細胞液的pH值并記錄。預期結果：A組pH值小于B組，且B組pH值實驗前后變化不大，說明植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。CAM植物2021.全國乙.7．生活在干旱地區(qū)的一些植物（如植物甲）具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用?；卮鹣铝袉栴}：（1）白天葉肉細胞產(chǎn)生ATP的場所有

。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和

釋放的CO2。（2）氣孔白天關閉、晚上打開是這類植物適應干旱環(huán)境的一種方式，這種方式既能防止

，又能保證