2023届高三二轮专题复习：微专题 C4、CAM、光呼吸、电子传递链
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A.夜晚气孔开放,芦荟能进行暗反应产生糖类
B.芦荟叶片进行光合作用所需CO2来自液泡中苹果酸和线粒体
C.芦荟叶片内CO2固定会产生两种不同的产物
D. 芦 荟 可 能 原 产 于 炎 热 干 旱 地 区 , 其 气 孔 在 夜 晚 和 白 天 开 放 度 不 同 是 对 炎 热 干 旱环境的适应
答案：A
答案：干旱条件下，气孔导度下降，CO2吸收减少，暗反应减弱，光合速率降低。
C4 C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco，因此可以将低浓度 CO2固定成C4，C4释放出CO2用于卡尔文循环；而C3植物在低浓度CO2条件下 不能生长
(3)科学家以14CO2为原料,通过放射性同位素标记法探明了玉米光合作用 过程中CO2中碳的转移途径。请推测该科学探究的实验思路:____________。
景天科植物夜间将吸收的CO2固定在苹果酸(C4)中,白天苹果酸分解释 放CO2参与光合作用的过程。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、 仙人掌等。
1.羧化：夜晚气孔开放，吸收CO2， 在PEP羧化酶作用下，被PEP固定为 OAA（草酰乙酸，C4）
2.还原：OAA被NADH还原为苹果酸， 储存在液泡中。
（3）B表示无论是光下还是暗处都可进 行的呼吸速率。 （4）C表示只有光下才有的呼吸速率。即光呼吸现象。
联系生物学知识问题:
(1)光呼吸是所有进行光合作用 的细胞在__光__照__、__高__O__2__、__低__C__O_2 情况下发生的一个生化过程。 (2)光呼吸是光合作用一个__消__耗
【典例】玉米是C4植物，通过C4途径固定CO2； 水稻为C3植物，通过C3途径固定CO2。在玉米叶 维管束的周围有两层细胞，内层细胞是鞘细胞， 叶绿体中几乎无基粒；外层为叶肉细胞，叶绿体 中有发达的基粒。甲图是C3、C4途径示意图，乙 图为玉米在有光和黑暗条件下的CO2吸收速率。 回答下列问题：
(1)玉米叶片中光反应的场所是__叶__肉__细__胞__的__叶__绿__ 体__基__粒__(_类__囊__体__薄__膜__)_上____。 (2)与C3途径相比，C4途径的特点有_能__富__集__C__O_2、 _消__耗__A_T__P_、__由__C_4_运__载__C_O_2_、__需__要__P_E_P__羧__化__酶___( 答 出 2点)。 (3)在暗期,玉米吸收的CO2并不能转化为糖类等光 合产物,原因是_暗__期__不___进__行__光__反___应__，__缺__少___N_A__D_P__H。及ATP
(4)PEP 羧 化 酶 (PEPC) 是 C4 途 径 的 关 键 酶 ， 对 CO2 的 亲 和 力 高 ， C3 植 物 缺 少 PEPC。胞内CO2浓度较低是限制C3植物光合速率的重要因素，请就改进C3植 物、提高光合速率提出你的设想。
通过基因工程将PEPC基因导入C3植物
二、CAM途径
光呼吸的意义
1. 防止强光对叶绿体的破坏。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__________，这些物质积累会产生自由基， 尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强， 会消耗光反应过程中积累的_________，从而减轻对叶绿体的伤害。当然植 物体还有很多避免强光下损伤叶绿体的机制。光呼吸算是其中之一。
微专题四：
C4途径、CAM途径
光呼吸、电子传递链
一、C4 途径
玉米的叶肉细胞含有有类囊体的叶绿体,维管束鞘细胞含叶绿体结构不完 整（无类囊体）。在其进行光合作用时,CO2中的碳首先转移到有机物C4中, 该过程称为C4途径。C4在维管束鞘细胞中再释放出CO2,参与卡尔文循环。 具体过程如图所示,其中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco。像玉米 这样具有C4途径的植物称为C4植物,不具有C4途径的植物称为C3植物。
体基质
质
无
无
【C3、C4、CAM途径的联系与区别】
1.联系：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。 2.C4植物是在不同________进行CO2的固定，而CAM植物是在不同 ________进行CO2固定。 答案：细胞 时间
三、光呼吸的发现
利用14CO2为原料培养玉米，培养一段时间后，检测含14C的物质。 若含有14C的物质不止一种，则需要缩短反应时间，直至反应中只出现 一种含14C的物质，即为CO2中碳转移形成的第一种化合物。 然后依次延长反应时间，检测出形成的第二种化合物，第三种化合物等， 从而探明玉米光合作用过程中CO2中碳的转移途径。
3.脱羧：白天气孔关闭，液泡中苹果 酸运送到细胞质基质，在苹果酸脱羧 酶作用下产生丙酮酸和CO2，丙酮酸 转变为淀粉，CO2参与卡尔文循环。
4.再生：夜晚，淀粉分解产生磷酸丙 糖，再生为PEP，参与下一次循环
CAM途径的意义: 白天气孔关闭,减少蒸腾作用,保持植物体内水分并分解苹果酸产生CO2进
行光合作用; 夜晚开放气孔,吸收光合作用所需的二氧化碳,使植物适应炎热干旱环境。
四、电子传递链
CAM植物体内淀粉和液泡内pH的变化：
植物体在夜晚液泡内有机酸含量十分高，pH下降；而淀粉分解，Biblioteka 终 转变成PEP，因此淀粉含量下降；
白天则相反，液泡内有机酸下降，pH上升，而糖分增多。
【典例】1.芦荟是一种经济价值很高的植物,可净化空气。芦荟夜晚气孔开放, 通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸(C4H4O5),再将其转变成苹果酸 (C4H6O5)储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡里的苹果酸转化并释放出 CO2,CO2进入叶绿体通过卡尔文循环合成糖类。下列说法错误的是( )
CO2 固定的时间 光反应的场所
卡尔文循环的场所
有无光合午休
C3 植物 RuBP(C5)
C3 白天 叶肉细胞类囊 体薄膜 叶肉细胞的叶 绿体基质
有
C4 植物 PEP 、C5 C4 白天
CAM 植物 PEP 、C5
草酰乙酸 夜晚和白天
叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜
维管束鞘细胞的叶绿 叶肉细胞的叶绿体基
（填消耗或产生）O能2量的副C反O应2 。 (3)此过程中消耗_____,产生_____。
(填气体名称）
光呼吸的危害
如果在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强， 一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积 累。其次，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量 的损耗。
作物减产、能量损耗
被固定为__C_3___。
2.以景天科植物为代表的多种植物，其体内具有特殊的CO2固定方式，即CAM途径又 称为景天酸代谢途径。其过程为：夜晚气孔开放，在PEP羧化酶等酶催化作用下，通 过一系列反应将CO2固定于苹果酸内，储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸从液泡 中运出并释放CO2，为叶绿体提供光合作用的原料。具体过程如下图所示，请据图回 答下列问题：
(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：白天和夜间，每隔一定时间，取干旱条件下生长的植物甲叶片， 测定叶肉细胞的pH值
预期结果：植物甲叶肉细胞的pH值在夜间逐渐降低，白天逐渐升高。
特征 与 CO2 结合的物质 CO2 固定的最初产物
（1）此类植物夜晚吸收CO2，但并不能合成有机物，原 因是___夜__晚__没__有__光__照__，__不__能__进__行__光__反__应__，__不__能__为__暗__反___。
应提供ATP和[H]，不能进行暗反应生成有机物
（2）白天进行光合作用所需CO2的来源是__ _苹__果__酸__分__解__和__呼__吸__作__用_，CO2在卡尔文循环中首先
2.以景天科植物为代表的多种植物，其体内具有特殊的CO2固定方式，即 CAM途径又称为景天酸代谢途径。其过程为：夜晚气孔开放，在PEP羧化酶 等酶催化作用下，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸内，储存在液泡中； 白天气孔关闭，苹果酸从液泡中运出并释放CO2，为叶绿体提供光合作用 的原料。具体过程如下图所示，请据图回答下列问题：
（3）白天叶肉细胞产生ATP的部位是 叶__绿__体__、___线__粒__体__和___细__胞__质__基___质___。
（4）具有景天酸代谢过程的植物通过改变其代谢 途径以适应特殊环境，这种特殊环境最可能是 干_旱___炎__热__环__境__。此途径可以使植物在白天 降__低___蒸__腾__作__用___减__少__水__分__的___散__失___，从而保证其生命 活动能够正常进行。
1955年科学家德柯尔用红外线气体分析仪 测定烟草光合速率时发现正在进行光合作 用的烟草叶片在光照停止后会快速释放 CO2，这种现象称为“二氧化碳的猝发”
（1）A表示光下净光合速率。
光照停止，产生的ATP、 NADPH 减少，暗反应消耗的C5少， C5 与O2结合增加，产生的CO2增多
（2）B和C表示光下时植物呼吸速率。
常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。
(1)C4植物中可固定CO2的物 质是_____,光反应主要发生在 (填“叶肉细胞”“维管束鞘细 胞”或“叶肉细胞和维管束鞘 细胞”)的叶绿体中。
答案：PEP、C5 (2)干旱条件下,很多植物的光合作用速率降低,主要原因是______。一般来说,C4植 物与C3植物相比,_____植物的CO2补偿点较低,原因_____。
(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。
答案：（1）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）蒸腾作用过强导致水分散失过多
光合作用
3.(2021·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:
3.(2021·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 AT P 的 场 所 有 _ _ _ _ 。 光 合 作 用 所 需 的 C O 2 来 源 于 苹 果 酸 脱羧和_____释放的CO2。
答案：ATP和NADPH
2. 消除乙醇酸对细胞的毒害。
【典例】 光呼吸是O2/CO2偏高时与光合作用同时发生的生理过程，是经长 期进化形成的适应机制。光呼吸和暗反应关系密切，机理如图所示。下列叙述 错误的是 ( ) A．光呼吸可保证CO2不足时，暗反应仍能正常进行 B．光合作用的光反应强于暗反应容易导致光呼吸发生 C ． 光 呼 吸 过 程 虽 消 耗 有 机 物 ， 但 不 产 生 AT P D．抑制光呼吸能大幅度提高光合作用强度 答案：D
B.芦荟叶片进行光合作用所需CO2来自液泡中苹果酸和线粒体
C.芦荟叶片内CO2固定会产生两种不同的产物
D. 芦 荟 可 能 原 产 于 炎 热 干 旱 地 区 , 其 气 孔 在 夜 晚 和 白 天 开 放 度 不 同 是 对 炎 热 干 旱环境的适应
答案：A
答案：干旱条件下，气孔导度下降，CO2吸收减少，暗反应减弱，光合速率降低。
C4 C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco，因此可以将低浓度 CO2固定成C4，C4释放出CO2用于卡尔文循环；而C3植物在低浓度CO2条件下 不能生长
(3)科学家以14CO2为原料,通过放射性同位素标记法探明了玉米光合作用 过程中CO2中碳的转移途径。请推测该科学探究的实验思路:____________。
景天科植物夜间将吸收的CO2固定在苹果酸(C4)中,白天苹果酸分解释 放CO2参与光合作用的过程。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、 仙人掌等。
1.羧化：夜晚气孔开放，吸收CO2， 在PEP羧化酶作用下，被PEP固定为 OAA（草酰乙酸，C4）
2.还原：OAA被NADH还原为苹果酸， 储存在液泡中。
（3）B表示无论是光下还是暗处都可进 行的呼吸速率。 （4）C表示只有光下才有的呼吸速率。即光呼吸现象。
联系生物学知识问题:
(1)光呼吸是所有进行光合作用 的细胞在__光__照__、__高__O__2__、__低__C__O_2 情况下发生的一个生化过程。 (2)光呼吸是光合作用一个__消__耗
【典例】玉米是C4植物，通过C4途径固定CO2； 水稻为C3植物，通过C3途径固定CO2。在玉米叶 维管束的周围有两层细胞，内层细胞是鞘细胞， 叶绿体中几乎无基粒；外层为叶肉细胞，叶绿体 中有发达的基粒。甲图是C3、C4途径示意图，乙 图为玉米在有光和黑暗条件下的CO2吸收速率。 回答下列问题：
(1)玉米叶片中光反应的场所是__叶__肉__细__胞__的__叶__绿__ 体__基__粒__(_类__囊__体__薄__膜__)_上____。 (2)与C3途径相比，C4途径的特点有_能__富__集__C__O_2、 _消__耗__A_T__P_、__由__C_4_运__载__C_O_2_、__需__要__P_E_P__羧__化__酶___( 答 出 2点)。 (3)在暗期,玉米吸收的CO2并不能转化为糖类等光 合产物,原因是_暗__期__不___进__行__光__反___应__，__缺__少___N_A__D_P__H。及ATP
(4)PEP 羧 化 酶 (PEPC) 是 C4 途 径 的 关 键 酶 ， 对 CO2 的 亲 和 力 高 ， C3 植 物 缺 少 PEPC。胞内CO2浓度较低是限制C3植物光合速率的重要因素，请就改进C3植 物、提高光合速率提出你的设想。
通过基因工程将PEPC基因导入C3植物
二、CAM途径
光呼吸的意义
1. 防止强光对叶绿体的破坏。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__________，这些物质积累会产生自由基， 尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强， 会消耗光反应过程中积累的_________，从而减轻对叶绿体的伤害。当然植 物体还有很多避免强光下损伤叶绿体的机制。光呼吸算是其中之一。
微专题四：
C4途径、CAM途径
光呼吸、电子传递链
一、C4 途径
玉米的叶肉细胞含有有类囊体的叶绿体,维管束鞘细胞含叶绿体结构不完 整（无类囊体）。在其进行光合作用时,CO2中的碳首先转移到有机物C4中, 该过程称为C4途径。C4在维管束鞘细胞中再释放出CO2,参与卡尔文循环。 具体过程如图所示,其中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco。像玉米 这样具有C4途径的植物称为C4植物,不具有C4途径的植物称为C3植物。
体基质
质
无
无
【C3、C4、CAM途径的联系与区别】
1.联系：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。 2.C4植物是在不同________进行CO2的固定，而CAM植物是在不同 ________进行CO2固定。 答案：细胞 时间
三、光呼吸的发现
利用14CO2为原料培养玉米，培养一段时间后，检测含14C的物质。 若含有14C的物质不止一种，则需要缩短反应时间，直至反应中只出现 一种含14C的物质，即为CO2中碳转移形成的第一种化合物。 然后依次延长反应时间，检测出形成的第二种化合物，第三种化合物等， 从而探明玉米光合作用过程中CO2中碳的转移途径。
3.脱羧：白天气孔关闭，液泡中苹果 酸运送到细胞质基质，在苹果酸脱羧 酶作用下产生丙酮酸和CO2，丙酮酸 转变为淀粉，CO2参与卡尔文循环。
4.再生：夜晚，淀粉分解产生磷酸丙 糖，再生为PEP，参与下一次循环
CAM途径的意义: 白天气孔关闭,减少蒸腾作用,保持植物体内水分并分解苹果酸产生CO2进
行光合作用; 夜晚开放气孔,吸收光合作用所需的二氧化碳,使植物适应炎热干旱环境。
四、电子传递链
CAM植物体内淀粉和液泡内pH的变化：
植物体在夜晚液泡内有机酸含量十分高，pH下降；而淀粉分解，Biblioteka 终 转变成PEP，因此淀粉含量下降；
白天则相反，液泡内有机酸下降，pH上升，而糖分增多。
【典例】1.芦荟是一种经济价值很高的植物,可净化空气。芦荟夜晚气孔开放, 通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸(C4H4O5),再将其转变成苹果酸 (C4H6O5)储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡里的苹果酸转化并释放出 CO2,CO2进入叶绿体通过卡尔文循环合成糖类。下列说法错误的是( )
CO2 固定的时间 光反应的场所
卡尔文循环的场所
有无光合午休
C3 植物 RuBP(C5)
C3 白天 叶肉细胞类囊 体薄膜 叶肉细胞的叶 绿体基质
有
C4 植物 PEP 、C5 C4 白天
CAM 植物 PEP 、C5
草酰乙酸 夜晚和白天
叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜
维管束鞘细胞的叶绿 叶肉细胞的叶绿体基
（填消耗或产生）O能2量的副C反O应2 。 (3)此过程中消耗_____,产生_____。
(填气体名称）
光呼吸的危害
如果在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强， 一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积 累。其次，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量 的损耗。
作物减产、能量损耗
被固定为__C_3___。
2.以景天科植物为代表的多种植物，其体内具有特殊的CO2固定方式，即CAM途径又 称为景天酸代谢途径。其过程为：夜晚气孔开放，在PEP羧化酶等酶催化作用下，通 过一系列反应将CO2固定于苹果酸内，储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸从液泡 中运出并释放CO2，为叶绿体提供光合作用的原料。具体过程如下图所示，请据图回 答下列问题：
(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：白天和夜间，每隔一定时间，取干旱条件下生长的植物甲叶片， 测定叶肉细胞的pH值
预期结果：植物甲叶肉细胞的pH值在夜间逐渐降低，白天逐渐升高。
特征 与 CO2 结合的物质 CO2 固定的最初产物
（1）此类植物夜晚吸收CO2，但并不能合成有机物，原 因是___夜__晚__没__有__光__照__，__不__能__进__行__光__反__应__，__不__能__为__暗__反___。
应提供ATP和[H]，不能进行暗反应生成有机物
（2）白天进行光合作用所需CO2的来源是__ _苹__果__酸__分__解__和__呼__吸__作__用_，CO2在卡尔文循环中首先
2.以景天科植物为代表的多种植物，其体内具有特殊的CO2固定方式，即 CAM途径又称为景天酸代谢途径。其过程为：夜晚气孔开放，在PEP羧化酶 等酶催化作用下，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸内，储存在液泡中； 白天气孔关闭，苹果酸从液泡中运出并释放CO2，为叶绿体提供光合作用 的原料。具体过程如下图所示，请据图回答下列问题：
（3）白天叶肉细胞产生ATP的部位是 叶__绿__体__、___线__粒__体__和___细__胞__质__基___质___。
（4）具有景天酸代谢过程的植物通过改变其代谢 途径以适应特殊环境，这种特殊环境最可能是 干_旱___炎__热__环__境__。此途径可以使植物在白天 降__低___蒸__腾__作__用___减__少__水__分__的___散__失___，从而保证其生命 活动能够正常进行。
1955年科学家德柯尔用红外线气体分析仪 测定烟草光合速率时发现正在进行光合作 用的烟草叶片在光照停止后会快速释放 CO2，这种现象称为“二氧化碳的猝发”
（1）A表示光下净光合速率。
光照停止，产生的ATP、 NADPH 减少，暗反应消耗的C5少， C5 与O2结合增加，产生的CO2增多
（2）B和C表示光下时植物呼吸速率。
常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。
(1)C4植物中可固定CO2的物 质是_____,光反应主要发生在 (填“叶肉细胞”“维管束鞘细 胞”或“叶肉细胞和维管束鞘 细胞”)的叶绿体中。
答案：PEP、C5 (2)干旱条件下,很多植物的光合作用速率降低,主要原因是______。一般来说,C4植 物与C3植物相比,_____植物的CO2补偿点较低,原因_____。
(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。
答案：（1）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）蒸腾作用过强导致水分散失过多
光合作用
3.(2021·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:
3.(2021·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 AT P 的 场 所 有 _ _ _ _ 。 光 合 作 用 所 需 的 C O 2 来 源 于 苹 果 酸 脱羧和_____释放的CO2。
答案：ATP和NADPH
2. 消除乙醇酸对细胞的毒害。
【典例】 光呼吸是O2/CO2偏高时与光合作用同时发生的生理过程，是经长 期进化形成的适应机制。光呼吸和暗反应关系密切，机理如图所示。下列叙述 错误的是 ( ) A．光呼吸可保证CO2不足时，暗反应仍能正常进行 B．光合作用的光反应强于暗反应容易导致光呼吸发生 C ． 光 呼 吸 过 程 虽 消 耗 有 机 物 ， 但 不 产 生 AT P D．抑制光呼吸能大幅度提高光合作用强度 答案：D