微專題03 C4途徑、CAM途徑及光呼吸 高考生物大一輪單元復(fù)習(xí)課件與檢測（新教材新高考）

1、第三單元細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用C4途徑、CAM途徑及光呼吸C4途徑CAM途徑光呼吸思維導(dǎo)學(xué)C4途徑基礎(chǔ)梳理1.光合作用C4途徑基本概念C4途徑是有一些植物對(duì)外界吸收的CO2的固定反應(yīng)是在葉肉細(xì)胞的胞質(zhì)溶膠中進(jìn)行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下將CO2連接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上，形成四碳酸：草酰乙酸(OAA)，這種固定CO2的方式稱為C4途徑。C4植物每同化1分子CO2,需要消耗5分子ATP和2分子NADPH。2. 光合作用C4途徑過程圖解3. 光合作用C4途徑過程解讀羧化葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）在PEP羧化酶作用下，把CO2固定為草酰乙酸（OAA）還原草酰乙酸（

2、OAA）被還原氫（NADPH）還原后轉(zhuǎn)變?yōu)镃4酸（蘋果酸或天冬氨酸）轉(zhuǎn)移C4酸經(jīng)胞間連絲從葉肉細(xì)胞轉(zhuǎn)移到維管束鞘細(xì)胞脫羧維管束鞘細(xì)胞中的C4酸脫羧釋放CO2，CO2參與卡爾文循環(huán)生成糖類再生C4酸脫羧形成的C3酸（丙酮酸或丙氨酸）再經(jīng)過胞間連絲運(yùn)回葉肉細(xì)胞再生成PEP4.光合作用C4途徑產(chǎn)生的原因因?yàn)镃4植物中含有能固定CO2為C4的相關(guān)酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，簡稱為PEP羧化酶（與CO2有很強(qiáng)的親和力）。可促使PEP把大氣中含量很低的CO2以C4的形式固定下來。C4植物這種獨(dú)特的作用，被形象的比喻成“二氧化碳泵”。1.光合作用C3、C4途徑比較（1）C3植物和C4植物定義人們根據(jù)光合作

3、用碳素同化的最初光合產(chǎn)物的不同，把高等植物分成兩類：C3植物：這類植物的最初產(chǎn)物是3-磷酸甘油酸（三碳化合物），這種反應(yīng)途徑稱為C3途徑，如水稻、小麥、棉花、大豆等大多數(shù)植物。C4植物：這類植物以草酰乙酸（四碳化合物）為最初產(chǎn)物，所以稱這種途徑為C4途徑，如甘蔗、玉米、高梁等。（2）C3植物與C4植物葉片結(jié)構(gòu)比較C3植物葉片中維管束鞘細(xì)胞較小，其內(nèi)不含葉綠體，其葉肉細(xì)胞內(nèi)含有典型的葉綠體，即可進(jìn)行光反應(yīng)又可進(jìn)行暗反應(yīng)。C4植物葉片有“花環(huán)形結(jié)構(gòu)”的兩圈細(xì)胞，內(nèi)層為維管束鞘細(xì)胞，含有葉綠體，只能進(jìn)行暗反應(yīng)。葉肉細(xì)胞中含典型葉綠體，能進(jìn)行光反應(yīng)，通過C4途徑固定CO2。（3）C3和C4植物光合途徑

4、的比較 項(xiàng)目種類CO2受體CO2固定后產(chǎn)物CO2固定場所光反應(yīng)場所暗反應(yīng)場所C3植物RuBP(C5)PGA(C3)葉肉細(xì)胞葉綠體葉肉細(xì)胞葉綠體基粒葉肉細(xì)胞葉綠體基粒C4植物PEP(C3)RuBP(C5)PGA(C3)OAA(C4)葉肉細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、維管束細(xì)胞葉綠體葉肉細(xì)胞葉綠體基粒維管束細(xì)胞葉綠體基質(zhì)在光反應(yīng)階段完全相同。C4植物在光合的暗反應(yīng)先在葉肉細(xì)胞中經(jīng)C4途徑將吸收的CO2固定在蘋果酸（C4）中，然后C4轉(zhuǎn)移到維管束細(xì)胞釋放CO2，CO2進(jìn)入卡爾文循環(huán)（C3途徑）。C3植物C3植物只利用卡爾文循環(huán)中1，5-二磷酸核酮糖直接固定CO2。一個(gè)CO2被一個(gè)五碳化合物（1，5-二磷酸核酮糖，

5、簡稱RuBP）固定后形成兩個(gè)三碳化合物（3-磷酸甘油酸，PGA），即CO2被固定后最先形成的化合物中含有三個(gè)碳原子。2.C4植物具有較高光合速率的因素（1）C4植物的葉肉細(xì)胞中的PEP羧化酶（PEPC）對(duì)底物CO2溶解產(chǎn)物HCO3的親和力極高，使細(xì)胞中有高濃度的CO2，從而促進(jìn)暗反應(yīng)，降低了光呼吸，且光呼吸釋放的CO2又易被再固定；（2）高光強(qiáng)可產(chǎn)生更多的H和ATP，以滿足C4植物C4循環(huán)對(duì)ATP的額外需求；（3）鞘細(xì)胞中的光合產(chǎn)物可就近運(yùn)入維管束，從而避免了光合產(chǎn)物累積對(duì)光合作用可能產(chǎn)生的抑制作用。這些都使C4植物可以具有較高的光合速率。圍繞光合作用C4途徑，考查科學(xué)思維從圖1中看出，玉米是

6、C4植物，其光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)比小麥低，從圖2中看出，在CO2濃度較低的情況下，玉米的光合速率大于小麥。1.玉米是C4植物，由于葉肉細(xì)胞中含有PEP羧化酶（CO2“泵”），對(duì)CO2的親和力很強(qiáng)，可以把大氣中含量很低的CO2以C4的形式固定下來。下圖是某興趣小組對(duì)影響光合速率的因素的研究結(jié)果，據(jù)圖回答下列相關(guān)問題：（1）圖1中自變量是光照強(qiáng)度和植物種類，因變量是CO2吸收速率，其余指標(biāo)是無關(guān)變量，例如溫度、水分及礦質(zhì)元素等。（1）圖1實(shí)驗(yàn)的自變量為_，無關(guān)變量為_。光照強(qiáng)度、植物種類溫度、水分及礦質(zhì)元素等（2）光照強(qiáng)度為P時(shí)，植物細(xì)胞可以進(jìn)行光合作用和呼吸作用，所以產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器有線粒體和葉

7、綠體；此時(shí)光合作用大于呼吸作用，所以葉綠體中CO2的來源有線粒體和外界環(huán)境；CO2固定速率是總光合作用，等于呼吸作用+凈光合作用，在P點(diǎn)是玉米和小麥的CO2吸收速率相等，即凈光合作用相等，但玉米的呼吸作用大于小麥，所以此時(shí)小麥植株的CO2固定速率大于米植株的CO2固定速率。（2）光照強(qiáng)度為P時(shí)，植物細(xì)胞中可以產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器有_，該實(shí)驗(yàn)條件下葉綠體固定的CO2來源是_（場所），小麥植株的CO2固定速率_ (填“小于”、大于”、等于”)玉米植株的CO2固定速率，判斷依據(jù)是_。線粒體和葉綠體大于線粒體、外界環(huán)境 光照強(qiáng)度為P時(shí)，兩種植株的凈光合速率相等，但小麥植株的呼吸速率大于玉米植株的呼吸速率

8、（3）根據(jù)題干的信息“C4植物由于葉肉細(xì)胞中含有PEP羧化酶（CO2“泵”），對(duì)CO2的親和力很強(qiáng)，可以把大氣中含量很低的CO2以C4的形式固定下來”，所以玉米比小麥的光合作用強(qiáng)度高，原因是：玉米葉肉細(xì)胞中有PEP羧化酶（或CO2“泵”），而小麥沒有，所以玉米對(duì)CO2的親和力更強(qiáng)，能更有效地利用低濃度的CO2進(jìn)行光合作用；從圖1中看出，玉米CO2補(bǔ)償點(diǎn)和CO2飽和點(diǎn)均低于小麥。（3）由圖 2 可知在胞間 CO2濃度較低時(shí)(A 點(diǎn)之前)，玉米比小麥的光合作用強(qiáng)度高，原因是_。一般來說，玉米CO2補(bǔ)償點(diǎn)和CO2飽和點(diǎn)均_(填“高于”“等于”“低于”）小麥。 玉米葉肉細(xì)胞中有PEP羧化酶（或CO2“

9、泵”），而小麥沒有，所以玉米對(duì)CO2的親和力更強(qiáng)，能更有效地利用低濃度的CO2進(jìn)行光合作用低于（4）光合作用光反應(yīng)發(fā)生在基粒中，暗反應(yīng)發(fā)生在基質(zhì)中，由于葉肉細(xì)胞內(nèi)的葉綠體具有基粒和基質(zhì)，而維管束鞘細(xì)胞內(nèi)的葉綠體只有基質(zhì)，沒有基粒，所以玉米葉片中只有葉肉細(xì)胞可以發(fā)生光反應(yīng)。【點(diǎn)睛】本題結(jié)合C4植物的信息，考查光合作用的知識(shí)，考生需要識(shí)記光合作用的過程作為基本知識(shí)，掌握總光合作用和凈光合作用的關(guān)系，同時(shí)結(jié)合題干中關(guān)于C4植物的信息進(jìn)行解答。（4）玉米植株葉片細(xì)胞內(nèi)的葉綠體有兩種類型，其中葉肉細(xì)胞內(nèi)的葉綠體具有基粒和基質(zhì)，而維管束鞘細(xì)胞內(nèi)的葉綠體只有基質(zhì)，沒有基粒。由此可知，光合作用的光反應(yīng)發(fā)生于玉

10、米葉片的_（填“葉肉和維管束鞘”、“維管束鞘”、“葉肉”）細(xì)胞中。葉肉分析甲圖：甘蔗的葉肉細(xì)胞可以在較低濃度二氧化碳的條件下，通過二氧化碳泵固定二氧化碳，然后在維管束鞘細(xì)胞中利用，其中A是C3，表示CO2的固定，表示C3的還原。分析乙圖：圖乙表示不同溫度對(duì)大豆光合速率和呼吸速率的影響，圖中光照下二氧化碳的吸收速率代表凈光合速率，黑暗中二氧化碳的釋放速率代表呼吸速率。2. 甘蔗和大豆是兩種常見的農(nóng)作物，但二者的光合作用途徑有所不同。如圖甲為甘蔗光合作用過程，其葉肉細(xì)胞中存在一種酶，這種酶對(duì)CO2有極強(qiáng)的親和力，通過系列反應(yīng)可以將CO2“泵”入維管束鞘細(xì)胞，這種酶被稱為“CO2泵”，而大豆則缺乏“

11、CO2泵”；圖乙表示不同溫度對(duì)大豆光合速率和呼吸速率的影響。（1）據(jù)上分析可知，圖甲維管束鞘細(xì)胞中的物質(zhì)A是C3（三碳化合物）；當(dāng)注入抑制劑后，CO2泵的活性降低，維管束鞘細(xì)胞中CO2含量降低，導(dǎo)致CO2的固定受阻，生成的C3減少，而C3的還原仍正常進(jìn)行，所以在短時(shí)間內(nèi)，維管束鞘細(xì)胞中C3的含量將降低。據(jù)圖甲推測，甘蔗的葉肉細(xì)胞通過系列反應(yīng)可以將CO2“泵”入維管束鞘細(xì)胞，完成C4途徑，不能進(jìn)行卡爾文循環(huán)（C3途徑），卡爾文循環(huán)（即C3途徑）在維管束鞘細(xì)胞內(nèi)完成。（1）圖甲維管束鞘細(xì)胞中的物質(zhì)A是_，如果在甘蔗葉肉細(xì)胞中注入某種使“CO2泵”活性降低的抑制劑，則短期內(nèi)A的含量將_。據(jù)圖甲推測，

12、甘蔗的葉肉細(xì)胞_（填“能”或“不能”）進(jìn)行卡爾文循環(huán)。C3（三碳化合物）降低不能 （2）由乙圖可知，溫度為35時(shí)，大豆光照下二氧化碳的吸收速率即凈光合速率為3mg/h的CO2，黑暗中二氧化碳的釋放速率即呼吸速率為3.5mg/h的CO2，故總光合速率即每小時(shí)可固定3+3.5=6.5mg的CO2，將大豆置于此條件下一晝夜（12小時(shí)光照，12小時(shí)光照）后，大豆一晝夜積累的有機(jī)物=312-3.512=-6小于零，表現(xiàn)為不生長。（2）當(dāng)處于圖乙所示光照條件下，溫度為35時(shí)，大豆每小時(shí)可固定_mg的CO2，將大豆置于此條件下一晝夜（12小時(shí)光照，12小時(shí)光照）后，大豆表現(xiàn)為_（填“生長”或“不生長”）。6

13、.5不生長 （3）給大豆?jié)灿?8O標(biāo)記的水，H218O在線粒體中與丙酮酸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生H和C18O2，故在周圍的空氣中能檢測到C18O2。（3）研究人員發(fā)現(xiàn)，給大豆?jié)灿?8O標(biāo)記的水，在周圍 的空氣中卻檢測到了C18O2，原因是_。 H218O在線粒體中與丙酮酸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生H和C18O2（4）CO2直接參與暗反應(yīng)中CO2的固定。當(dāng)葉片氣孔開度下降，原料CO2供應(yīng)減少時(shí)，可通過影響暗反應(yīng)的CO2的固定過程，最終導(dǎo)致大豆光合作用速率明顯下降；而此時(shí)甘蔗光合作用速率不僅沒有下降，反而有所上升，原因是甘蔗葉肉細(xì)胞內(nèi)有CO2泵，仍可以維持細(xì)胞內(nèi)較高的CO2濃度，此時(shí)光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光合作用速率增加。（4）研

14、究發(fā)現(xiàn)晴朗的夏季11:00時(shí)，光照增強(qiáng)，溫度過高，葉片氣孔開度下降，最終導(dǎo)致大豆光合作用速率明顯下降；而此時(shí)甘蔗光合作用速率不僅沒有下降，反而有所上升原因是_。 甘蔗葉肉細(xì)胞內(nèi)有“CO2泵”，在氣孔開度下降，CO2濃度降低時(shí)，仍可以維持細(xì)胞內(nèi)較高的CO2利用率（CO2的固定效率），且光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光合作用增強(qiáng)CAM途徑基礎(chǔ)梳理1. 光合作用CAM途徑基本定義景天屬植物是一大類肉質(zhì)植物，景天酸代謝(crassulacean acid metabolism，CAM)首先就是在這類植物中發(fā)現(xiàn)。景天屬植物夜間將吸收的CO2固定在蘋果酸（C4）中，白天蘋果酸分解釋放CO2參與光合作用。2. 光合作用CA

15、M途徑過程圖解3. 光合作用CAM途徑過程解讀羧化夜晚氣孔開放，吸進(jìn)CO2，在PEP羧激酶作用下，與PEP結(jié)合，形成草酰乙酸（OAA）還原草酰乙酸（OAA）被還原氫（NADH）還原后轉(zhuǎn)變?yōu)樘O果酸（C4），積累于液泡中脫羧白天氣孔關(guān)閉，液泡中的蘋果酸便運(yùn)到胞質(zhì)溶膠，在NADP-蘋果酸酶作用下，氧化脫羧生成丙酮酸，放出CO2。CO2參與卡爾文循環(huán)，形成淀粉等。丙酮酸轉(zhuǎn)化生成淀粉等再生夜晚淀粉分解產(chǎn)生的丙糖磷酸通過糖酵解過程，形成PEP，再進(jìn)一步循環(huán)4.光合作用CAM途徑特點(diǎn)（1）CAM途徑的形成，是與植物適應(yīng)干旱地區(qū)有關(guān)。白天缺水，氣孔關(guān)閉，植物便利用前一個(gè)晚上固定的CO2進(jìn)行光合作用。（2）植物

16、體在夜晚的有機(jī)酸含量十分高，而糖類含量下降；白天則相反，有機(jī)酸下降，而糖分增多。（3）由于利用的CO2含量有限，CAM途徑光合作用強(qiáng)度較低，生物產(chǎn)量通常較低。C3、C4、CAM途徑比較圍繞光合作用CAM途徑，考查科學(xué)思維【分析】1、光合作用包括光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段，光反應(yīng)階段：場所是類囊體薄膜，包括水的光解和ATP的生成；暗反應(yīng)階段：場所是葉綠體基質(zhì)，包括CO2的固定和CO2的還原。2、景天科等植物夜間氣孔開放，吸收的CO2生成蘋果酸儲(chǔ)存在液泡中，夜晚能吸收CO2，卻不能合成C6H12O6，故其白天進(jìn)行光反應(yīng)及暗反應(yīng)合成有機(jī)物，夜晚只進(jìn)行二氧化碳固定。1.以景天科植物為代表的多種植物，其體內(nèi)

17、具有特殊的CO2固定方式，即CAM途徑又稱為景天酸代謝途徑。其過程為：夜晚氣孔開放，在PEP羧化酶等酶催化作用下，通過一系列反應(yīng)將CO2固定于蘋果酸內(nèi)，儲(chǔ)存在液泡中；白天氣孔關(guān)閉，蘋果酸從液泡中運(yùn)出并釋放CO2，為葉綠體提供光合作用的原料。具體過程如下圖所示，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：（1）光反應(yīng)需要光照，夜晚沒有光照，不能進(jìn)行光反應(yīng)，不能為暗反應(yīng)提供H（NADPH）和ATP，不能進(jìn)行暗反應(yīng)生成有機(jī)物，故此類植物夜晚吸收CO2，但并不能合成有機(jī)物。（1）此類植物夜晚吸收CO2，但并不能合成有機(jī)物，原因是_。 夜晚沒有光照，不能進(jìn)行光反應(yīng)，不能為暗反應(yīng)提供ATP和H，不能進(jìn)行暗反應(yīng)生成有機(jī)物（2）白天

18、植物既能進(jìn)行光合作用，也能進(jìn)行呼吸作用，光合作用需要的二氧化碳可以由呼吸作用產(chǎn)生和蘋果酸分解提供；植物在暗反應(yīng)過程中，CO2首先被固定為三碳化合物，即C3，卡爾文在研究碳循環(huán)過程中，利用了放射性同位素示蹤法。（2）白天進(jìn)行光合作用所需CO2的來源是_，CO2在卡爾文循環(huán)中首先被固定為_。 蘋果酸分解和呼吸作用C3（3）白天葉肉細(xì)胞能進(jìn)行光合作用和呼吸作用，故產(chǎn)生ATP的部位是葉綠體、線粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。（3）白天葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的部位是_。 葉綠體、線粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（4）具有景天酸代謝過程的植物夜間氣孔開放，吸收的二氧化碳固定于蘋果酸內(nèi)，儲(chǔ)存在液泡中，白天氣孔關(guān)閉，由此推測其適于生活在干旱

19、的環(huán)境；此途徑可以使植物在白天因氣孔關(guān)閉，降低蒸騰作用減少水分的散失，從而保證其生命活動(dòng)能夠正常進(jìn)行?！军c(diǎn)睛】本題考查的本質(zhì)是對(duì)光合作用和呼吸作用過程的理解，解題的關(guān)鍵是要結(jié)合光合作用和呼吸作用的模式圖以及相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式，進(jìn)行相關(guān)生理過程的分析。（4）具有景天酸代謝過程的植物通過改變其代謝途徑以適應(yīng)特殊環(huán)境，這種特殊環(huán)境最可能是_。此途徑可以使植物在白天_，從而保證其生命活動(dòng)能夠正常進(jìn)行。干旱環(huán)境降低蒸騰作用減少水分的散失甲圖中：晚上，PEP可以與二氧化碳結(jié)合生成OAA，OAA轉(zhuǎn)化為蘋果酸，儲(chǔ)存在液泡中，白天蘋果酸分解為二氧化碳和C，二氧化碳可以用于暗反應(yīng)，C可以進(jìn)入線粒體中參與氧化分解

20、產(chǎn)生二氧化碳。2. 圖甲為菠蘿葉肉細(xì)胞內(nèi)的部分代謝示意圖，其以氣孔白天關(guān)閉、晚上開放的特殊方式適應(yīng)干旱環(huán)境。（1）RuBP與CO2固定生成PGA，PEP與CO2固定生成OAA。C能夠進(jìn)入線粒體氧化分解，可能為丙酮酸。（2）據(jù)圖分析，干旱條件下菠蘿細(xì)胞白天光合作用需要的二氧化碳來源于蘋果酸和其自身細(xì)胞呼吸，場所為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體基質(zhì)。（1）圖甲所示，PEP、OAA、RuBP、PGA、C為菠蘿葉肉細(xì)胞內(nèi)的部分相關(guān)代謝物質(zhì)，能固定CO2的有_，推測進(jìn)入線粒體的C是_。（2）干旱條件下，菠蘿細(xì)胞白天能產(chǎn)生CO2的具體部位是_。PEP、RuBP丙酮酸細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體基質(zhì)3.某多肉植物在正常條件和長期

21、干旱條件下（白天氣孔關(guān)閉、晚上氣孔開放）光合作用途徑不同，如圖甲所示。圖乙表示該植物葉肉細(xì)胞CO2吸收速率的日變化情況。請(qǐng)據(jù)圖問答下列問題：（1）白天氣孔關(guān)閉，主要是為了防止蒸騰作用過強(qiáng)而散失大量水分。正常情況下，突然增加CO2濃度，則C5固定CO2的速率會(huì)增大，而C5合成速率不變，因此短時(shí)間內(nèi)C5含量會(huì)降低。（1）干旱條件下，該植物在白天會(huì)關(guān)閉氣孔，主要是為了防止_，在正常條件下，若上午11時(shí)突然增加環(huán)境中CO2濃度，則短時(shí)間內(nèi)該植物葉肉細(xì)胞中C5含量會(huì)_。因蒸騰作用過強(qiáng)而散失大量水分減少（2）長期干旱條件下，圖乙04時(shí)無光照，光反應(yīng)不能正常進(jìn)行，無法為暗反應(yīng)提供ATP和H，吸收的CO2不能

22、用來合成(CH2O)。（2）在長期干旱條件下，圖乙0一4時(shí)無光照，但該植物葉肉細(xì)胞的CO2吸收速率大于0，該時(shí)段內(nèi)吸收的CO2能否被直接用來合成（CH2O）？_（填 “能”或“不能”），原因是_。不能 沒有光照，光反應(yīng)不能正常進(jìn)行，無法為暗反應(yīng)提供ATP和H（3）由圖甲可知，在長期干旱條件下，葉肉細(xì)胞夜晚吸收的CO2可以與PEP反應(yīng)生成草酰乙酸，草酰乙酸再轉(zhuǎn)化為蘋果酸儲(chǔ)存在液泡中，在白天，蘋果酸從液泡運(yùn)出并通過分解產(chǎn)生CO2，供光合作用利用，此外，線粒體中丙酮酸分解產(chǎn)生的CO2也會(huì)供光合作用利用，因而長期干旱條件下，該植物葉肉細(xì)胞在白天雖然氣孔關(guān)閉，但仍能正常進(jìn)行光合作用。（3）請(qǐng)結(jié)合圖甲CO

23、2的變化途徑分析，長期干旱條件下該植物在白天仍能正常進(jìn)行光合作用的機(jī)制是_夜晚吸收的CO2經(jīng)過一系列反應(yīng)轉(zhuǎn)化為蘋果酸儲(chǔ)存在液泡中，白天氣孔關(guān)閉后，一方面蘋果酸從液泡運(yùn)出并通過分解提供CO2，另一方面丙酮酸氧化分解提供CO2，以保證光合作用的正常進(jìn)行 光呼吸基礎(chǔ)梳理1. 光呼吸基本定義植物的葉肉細(xì)胞在光下有一個(gè)與呼吸作用不同的生理過程，即在光照條件下，葉肉細(xì)胞中 O2與 CO2 競爭性結(jié)合 RuBP(C5)，O2與 RuBP結(jié)合后經(jīng)一系列反應(yīng)釋放 CO2的過程。這種反應(yīng)在光照下進(jìn)行，與有氧呼吸類似，故稱光呼吸。由于光呼吸過程中幾種主要化合物如乙醇酸、乙醛酸、甘氨酸等都是二碳化合物，因此光呼吸也稱

24、C2循環(huán)（C2 cycle）。2. 光呼吸過程圖解3. 光呼吸過程解讀光呼吸過程葉綠體基質(zhì)過氧化物體中線粒體中C3生成H2O2兩分子甘氨酸形成一分子絲氨酸，并脫去CO2絲氨酸返回過氧化物體，經(jīng)轉(zhuǎn)氨基和還原形成甘油酸，再返回葉綠體在甘油酸激酶催化下形成3-磷酸甘油酸（PGA（C3）C34.光呼吸產(chǎn)生的原因成因內(nèi)因Rubisco(兼性酶)外因CO2/O2比值環(huán)境溫度當(dāng)溫度升高時(shí)，提高了Rubisco與O2的親和力，O2的吸收增加，表現(xiàn)光呼吸增加比值增大，羧化反應(yīng)增強(qiáng)，進(jìn)行光合作用比值減小，加氧反應(yīng)增強(qiáng)，進(jìn)入C2途徑高O2環(huán)境下，光呼吸會(huì)明顯加強(qiáng)，而提高CO2濃度可明顯抑制光呼吸加氧反應(yīng)（C5+O2

25、C3+C2）羧化反應(yīng)（C5+CO22C3）催化5.光呼吸的生理意義（1）不利影響光呼吸消耗掉暗反應(yīng)的底物C5，導(dǎo)致光合作用減弱，農(nóng)作物產(chǎn)量降低。（2）有利影響消除乙醇酸對(duì)細(xì)胞的不利影響乙醇酸對(duì)細(xì)胞有毒害作用，它的產(chǎn)生在代謝中是不可避免的。光呼吸是消除乙醇酸的代謝，使細(xì)胞免受傷害。氮代謝的補(bǔ)充光呼吸代謝中涉及多種氨基酸（甘氨酸、絲氨酸等）的形成和轉(zhuǎn)化過程，可為蛋白質(zhì)合成提供部分原材料，它對(duì)綠色細(xì)胞的氮代謝是一個(gè)補(bǔ)充。5.光呼吸的生理意義（2）有利影響防止強(qiáng)光對(duì)光合機(jī)構(gòu)的破壞在強(qiáng)光下，光反應(yīng)中形成的NADPH和ATP會(huì)超過暗反應(yīng)的需要，葉綠體中NADPH/NADP、ATP/ADP的比值增高，由光激

26、發(fā)的高能電子會(huì)傳遞給O2，形成超氧陰離子自由基O2-，O2-對(duì)光合機(jī)構(gòu)具有傷害作用，而光呼吸可消耗過剩的同化力和高能電子，減少O2-的形成，從而保護(hù)光合機(jī)構(gòu)。暗呼吸與光呼吸的區(qū)別項(xiàng)目暗呼吸光呼吸對(duì)光的要求光下，黑暗下均可進(jìn)行與光合作行用同時(shí)進(jìn)行只在光下與光合作用同時(shí)進(jìn)行底物糖、脂肪、蛋白質(zhì)、乙醇酸有機(jī)酸進(jìn)行部位活細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)線粒體葉綠體過氧化物粒體體線粒體呼吸歷程葡萄糖氧化分解乙醇酸循環(huán)（C2循環(huán)）能量狀況產(chǎn)生能量消耗能量圍繞光呼吸原理，考查科學(xué)思維能力由題干信息可知，植物在光下會(huì)進(jìn)行一種區(qū)別于光合作用和呼吸作用的生理作用，即光呼吸作用，該作用在光下吸收O2形成C3和C2，該現(xiàn)象與植物的Rub

27、isco酶有關(guān)，它催化五碳化合物反應(yīng)取決于CO2和O2的濃度，當(dāng)CO2的濃度較高時(shí)，會(huì)進(jìn)行光合作用的暗反應(yīng)階段，當(dāng)O2的濃度較高時(shí)，會(huì)進(jìn)行光呼吸。1.（2021天津高考真題）Rubisco是光合作用過程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2與C5結(jié)合，形成C3和C2，導(dǎo)致光合效率下降。CO2與O2競爭性結(jié)合Rubisco的同一活性位點(diǎn)，因此提高CO2濃度可以提高光合效率。（1）藍(lán)細(xì)菌具有CO2濃縮機(jī)制，如下圖所示。注：羧化體具有蛋白質(zhì)外殼，可限制氣體擴(kuò)散（1）據(jù)圖分析，CO2進(jìn)入細(xì)胞膜的方式為自由擴(kuò)散，進(jìn)入光合片層膜時(shí)需要膜上的CO2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)助并消耗能量，為主動(dòng)運(yùn)輸過程。藍(lán)細(xì)菌通過CO2濃縮

28、機(jī)制使羧化體中Rubisco周圍的CO2濃度升高，從而通過促進(jìn)CO2固定進(jìn)行光合作用，同時(shí)抑制O2與C5結(jié)合，進(jìn)而抑制光呼吸，最終提高光合效率。據(jù)圖分析，CO2依次以_和_方式通過細(xì)胞膜和光合片層膜。藍(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機(jī)制可提高羧化體中Rubisco周圍的CO2濃度，從而通過促進(jìn)_和抑制_提高光合效率。自由擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸CO2固定O2與C5結(jié)合（2）若藍(lán)細(xì)菌羧化體可在煙草中發(fā)揮作用并參與暗反應(yīng)，暗反應(yīng)的場所為葉綠體基質(zhì)，故能利用電子顯微鏡在轉(zhuǎn)基因煙草細(xì)胞的葉綠體中觀察到羧化體。（3）若轉(zhuǎn)入HCO3-和CO2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因并成功表達(dá)和發(fā)揮作用，理論上可以增大羧化體中CO2的濃度，使轉(zhuǎn)基因植株暗反應(yīng)水

29、平提高，進(jìn)而消耗更多的H和ATP，使光反應(yīng)水平也隨之提高，從而提高光合速率。（2）向煙草內(nèi)轉(zhuǎn)入藍(lán)細(xì)菌Rubisco的編碼基因和羧化體外殼蛋白的編碼基因。若藍(lán)細(xì)菌羧化體可在煙草中發(fā)揮作用并參與暗反應(yīng)，應(yīng)能利用電子顯微鏡在轉(zhuǎn)基因煙草細(xì)胞的_中觀察到羧化體。（3）研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因煙草的光合速率并未提高。若再轉(zhuǎn)入HCO3-和CO2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因并成功表達(dá)和發(fā)揮作用，理論上該轉(zhuǎn)基因植株暗反應(yīng)水平應(yīng)_，光反應(yīng)水平應(yīng)_，從而提高光合速率。葉綠體提高提高2Rubisco酶是綠色植物光合作用過程中的關(guān)鍵酶，當(dāng)CO2濃度較高時(shí)，該酶催化CO2與C5反應(yīng)，進(jìn)行光合作用。當(dāng)O2濃度較高時(shí)，該酶催化C5與O2反應(yīng)，最后在

30、線粒體內(nèi)生成CO2，植物這種在光下吸收O2產(chǎn)生CO2的現(xiàn)象稱為光呼吸。下列敘述錯(cuò)誤的是（）A綠色植物進(jìn)行光呼吸的場所有葉綠體基質(zhì)和線粒體B植物光呼吸的進(jìn)行導(dǎo)致光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物減少C光合作用過程中，CO2和C5反應(yīng)需要消耗NADPH要消耗和ATPD植物黑暗中細(xì)胞呼吸產(chǎn)生CO2的場所為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)或線粒體基質(zhì)CA、綠色植物進(jìn)行光呼吸的過程為C5與O2反應(yīng)，最后在線粒體生成CO2，因此場所為葉綠體基質(zhì)和線粒體，A正確；B、植物光呼吸的過程會(huì)消耗C5生成CO2，因此會(huì)導(dǎo)致光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物減少，B正確；C、光合作用過程中CO2與C5反應(yīng)生成C3，不需NADPH和ATP參與，而在C3的還原過程中需N

31、ADPH和ATP參與，C錯(cuò)誤；D、植物細(xì)胞黑暗中可以進(jìn)行無氧呼吸或有氧呼吸，因此產(chǎn)生CO2的場所為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)或線粒體基質(zhì)，D正確。附加題：（多選）下圖為植物體內(nèi)發(fā)生的光合作用和光呼吸作用的示意圖，相關(guān)敘述正確的是（）ABA、光合作用過程中CO2參與暗反應(yīng)，場所是葉綠體基質(zhì)中，A正確；B、分析題圖可知，O2和CO2的濃度會(huì)影響光合作用和細(xì)胞呼吸，故農(nóng)業(yè)上，控制好大棚中 O2和CO2含量有利于農(nóng)作物增產(chǎn)，B正確；C、在高 O2含量的環(huán)境中，產(chǎn)生的C3也可用于卡爾文循環(huán)，進(jìn)而生成糖， C錯(cuò)誤；D、光合作用暗反應(yīng)的進(jìn)行，需要光反應(yīng)提供 NADPH和ATP，黑暗條件下，光反應(yīng)不能進(jìn)行，不能為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP，因而C5與 C3之間的轉(zhuǎn)化受影響，D錯(cuò)誤。A光合作用過程中CO2在葉綠體基質(zhì)中被利用B農(nóng)業(yè)上，控制好大棚中O2和CO2含量有利于農(nóng)作物增產(chǎn)C在高O2含量的環(huán)境中，植物不能進(jìn)行光合作用D將植物突然置于黑暗環(huán)境中，葉綠體中C3與C3間的轉(zhuǎn)化不受影響【分析】題意分析，光呼吸會(huì)抑制暗反應(yīng)，光呼吸會(huì)產(chǎn)生CO2。向水稻葉面噴施不