资源简介

光合作用与呼吸作用的关系
温度
光
合
速
率
含水量(浇水)
酶的活性
松土
根部呼吸
无机盐(施肥)
无机盐的吸收
光照
色素含量
光反应的速率
CO2浓度
暗反应的速率
气孔导度
CO2的吸收
有机物的输出
酶的含量
增大昼夜温差、中午适当降温
适时适量施肥，轮作（固氮）
中耕松土，及时排水
适时灌溉
大棚薄膜、补光、适当增加光照强度、延长光照时间、间作套种
正其行，通其风；有机肥；C3、C4植物
影响光合作用的因素及应用
影响光合作用环境因素及其应用
高考第二轮复习
命题“金线”(为什么考)
命题“银线”(考什么)
(1)光合作用固定CO2的途径除了卡尔文循环以外，还有C4途径和景天酸代谢(CAM)途径等；植物除了细胞呼吸(暗呼吸)外，还有光呼吸。近几年的高考试题更多的围绕C4植物、光呼吸等特殊过程进行考查。
(2)通过对特殊光合作用过程和光呼吸的探究学习，提升知识迁移、发散思维和运用所学解答实际情境问题的能力。
(1)以C3植物的光合作用为基础，了解C4植物和景天科植物的光合作用过程。
(2)了解光呼吸的原理、过程和意义。
(3)通过构建“CO2固定途径”，浸润“物质能量观”，构建解题“思维模型”，发展思维品质，提升创新解决问题的能力。
“核心价值”“知能素养”
CO2吸
收
量
CO2释
放
量
光照强度
O
A
D
光合作用强度=呼吸作用强度
光饱和点
B
净光合速率
呼吸速率
总
（真）
光
合
速
率
A:光合作用为0，只进行呼吸作用
光补偿点
C
限制因素：
色素、酶、CO2浓度、温度等
思考：若CO2浓度适当升高，B、C、D点
将如何移动？
(B点左移，C点上移，D点右移）
（植物体）在B点时，那么它的叶肉细胞的光合作用强度 呼吸作用强度。（大于、等于、小于）
大于
一、光照强度
1、曲线分析
例1(2022·广东)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题：
(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量_____，原因可能是________________________________。
高
遮阴条件下植物合成较多的叶绿素
2、例题研析
一、光照强度
例2.农业生产中的一些载培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。
（3）农业生产常采用间作(同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的两种作物是________，选择这两种作物的理由是_______________________________。
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}作物
A
B
C
D
株高/cm
170
65
59
165
光饱和点/(μmol·m－2·s－1)
1200
1180
560
623
A和C
作物A光饱和点高且长得高，可利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用
一、光照强度
（1）绘制光合作用模式简图
（2）从物质的生成和消耗两个方面综合分析，如 CO2 供应正常、光照停止时
C3 的含量变化
?
3、分析光合作用中物质含量变化的方法
一、光照强度
1、原理：CO2影响暗反应阶段，CO2浓度升高，CO2固定和C3还原加快，
合成有机物增多
A点：CO2补偿点
A’：进行光合作用所需CO2的最低浓度
应用：1.在农业生产上可以通过“正其行、通其风”→增加CO2浓度
2.增施农家肥→①增加CO2浓度；②增加矿质元素→光合速率增强
二、CO2浓度
2、C3与C4植物
???????? 植物
?
[见识新情境] 水稻、小麦等植物是 ???????? 植物，这类植物在干旱、炎热的环境下，气孔会关闭，故长期处于高温、干旱环境中， ???????? 植物会减产；玉米、甘蔗等植物是 ???????? 植物，体内有特殊的结构，能够适应高温、干燥环境。右图为某 ???????? 植物的暗反应过程（包括 ???????? 途径和 ???????? 途径）。
?
1．用含14C标记的CO2来追踪玉米光合作用中的碳原子的转移途径：_________________
2．与水稻、小麦等C3植物相比，C4植物的CO2的补偿点较________。
高温、干旱时C4植物还能保持高效光合作用的原因是什么？
CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)
低
PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，C4植物可利用低浓度的CO2进行光合作用。
突破训练
2、玉米叶肉细胞中的叶绿体较小数目少但有基粒；相邻的维管束鞘细胞中叶绿体较大数目较多但没有基粒。玉米细胞除C3途径外还有另一条固定CO2的途径，简称C4途径，如下图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约时Rubisco酶的60倍。下列有关叙述错误的是（ ）
A、维管束鞘细胞中光合作用所利用的CO2都是C4分解释放的
B、若叶肉细胞中光合作用速率大于细胞呼吸速率，植物的干重不一定增加
C、玉米的有机物是在维管束鞘细胞通过C3途径合成的
D、干旱条件下C3途径植物光合速率比C4途径植物小
A
三、温度
温度过高时①植物气孔关闭或②酶活性降低，光合速率会减弱。
CO2
H2O
O2
温度过高，植物蒸腾作用过大，散失水分过多,导致气孔大量关闭，CO2吸收减少，出现“光合午休”现象。
应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用强度；
晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸强度，保证植物有机物的积累。
1、原理：通过影响酶的活性影响光合速率
[见识新情境]景天科酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式，在夜间，大气中CO2从气孔进入，被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化，与PEP结合形成草酰乙酸(OAA)，再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸，
贮存于液泡中。在白天，苹果酸从液
泡中释放出来，经脱羧酶作用形成CO2
和丙酮酸，CO2产生后用于卡尔文循环，
作用机制如图所示(该机制也称CAM途径)。
2、CAM植物
1. 如果白天适当提高CO2浓度，
CAM植物的光合作用速率变化是________ (填“增加”“降低”或“基本不变”)。
2. 由图中信息推测,CAM途径是对_____(填“干旱”或“湿润”)环境的适应;该途径除维持光合作用外,对植物的生理意义还表现在________________________________________________。
基本不变
干旱
有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失
突破训练
3、景天科植物（CAM）多为一年生或多年生肉质草本，其光合作用过程如图所示。下列有关叙述错误的是（ ）
A、由图推测，CAM植物叶肉细胞细胞液的pH夜晚比白天低
B、与非CAM植物相比，夜间CAM植物更适于放置卧室
C、若白天适当增加外界CO2浓度，该过程中C3生成量增加
D、CAM代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
C
归纳总结
C3植物、C4植物和CAM植物的比较
特征
C3植物
C4植物
CAM植物
CO2固定的最初产物
C3
C4
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
叶绿体基质
维管束鞘细胞叶绿体基质
叶肉细胞
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。
突破训练
1、下图所示中A、B两曲线分别表示一种C3 植物与一种 C4 植物的光合作用速率与环境中CO2浓度的关系（其他条件相同）。下列相关叙述中不正确的是（ ）
?
A、B植物在较低CO2浓度时比A植物具有生长优势
B、A植物的光合作用速率将随着CO2浓度的升高而不断提高
C、CO2浓度时为n，A、B两植物光合速率相等
D、若能改善光照条件，两植物的m点的光合速率还可提高
B
1、 (2022·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）。
?
NADPH 、ATP、 O2
?
（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（叶肉细胞及叶片其他细胞）的细胞呼吸需要消耗一部分光合产物（或叶片的生长发育需要消耗一部分光合产物）
（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 补偿点比 C3
植物的低， C4 植物在低浓度 CO2 条件下就能合成生长所需的有机物，因此生长得好
?
巩固提升
巩固提升
3、光合作用中，有一种特殊的固定CO2和节水的模式。
菠萝、仙人掌和许多肉质植物都进行这类光合作用，
称为景天科(CAM)植物，特点是气孔夜晚打开，白
天关闭，特别适应干旱地区。如图为菠萝叶肉细胞
内的部分代谢途径（CAM途径）示意图，
途中苹果酸是一种酸性较强的有机酸。
（1）据图分析，特测图中叶肉细胞右侧a过程的活动发生在_____（填“白天”/“夜晚”），理由是_______________________________________________________。菠萝在夜晚吸收的CO2，能否立即用来完成途中叶肉细胞左侧的生命活动？_______（填“能”/“不能”）。
（2）图中苹果酸通过过程a运输到液泡内，又会通过过程b运出液泡进入细胞质，推测过程b发生在_____（填“白天”/“夜晚”）。过程a的生理意义有__________________________
__________________________________________________________（写出两个方面即可）
（3）长期在强光照、高温、缺水等逆境胁迫下，以菠萝为代表的CAM植物形成了适应性机制：夜晚气孔开放有利于_____________，白天气孔关闭有利于________________,且可以通过________________________获得光合作用反应所需的CO2。
苹果酸的分解和有氧呼吸
夜晚
夜间气孔打开，CO2才能进入细胞并转变成苹果酸储存在液泡中
不能
白天
促进CO2与PEP生成OAA进而生成苹果酸（CO2的吸收）;避免苹果酸降低细胞质基质的pH,影响细胞质基质内的反应
从外界吸收CO2
降低蒸腾作用，
减少水分散失
4、水稻是我国最主要的粮食作物。在有光、高氧和低二氧化碳情况下，水稻的叶肉细胞会吸收O2并生成CO2的过程称为光呼吸。光呼吸会抵消30%的光合作用，因此降低光呼吸被认为是提高光合作用效能的途径之一。图1是水稻光合作用和有氧呼吸示意图，①、②、③、④代表的是物质，A、B、C、D代表的是生理过程；图2是水稻细胞的暗反应和光呼吸部分过程示意图。请据图回答下列问题：
巩固提升
（1）图1中①和④依次是______、________,合成ATP的过程有________（填字母）
（2）植物的Rubisco具有“两面性”：在CO2/O2的比值高时，Rubisco催化C5与________反应，在CO2/O2的比值低时则催化C5与________反应，这与酶的专一性相矛盾，其“两面性”可能是因为在不同环境中，Rubisco的___________发生变化而导致其功能改变。
（3）与光呼吸相区别，研究人员常把有氧呼吸称为“暗呼吸”，从能量代谢的角度看，光呼吸和暗呼吸的最大区别是_____________________________________________________
(4)光呼吸是植物在长期进化过程中,为适应高温干旱环境以提高抗逆性而形成的一条代谢途径。在高温干旱条件下,水稻___________________________，导致叶肉细胞中CO2/O2的比值降低,此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的有机物_______________,以减少对叶绿体的伤害，同时光呼吸产生的CO2又可以作为______________的原料，因此有观点指出光呼吸在一定条件下对植物生长有重要的正面意义，在水稻的实际生产中可以通过____________等措施，既减少光呼吸对光合产物的损耗，又增加土壤肥力。


O2
C5
ACD
CO2
O2
空间结构
光呼吸消耗能量（ATP）,暗（有氧）呼吸产生能量（ATP）
蒸腾作用过强，气孔大量关闭
ATP和NADPH
暗反应阶段
增施农家肥
突破训练
巩固提升
5.(2022·葫芦岛二模)1920年，德国科学家发现光照条件下植物会出现光呼吸现象，
黑暗时被抑制。光呼吸的发生与 Rubisco （暗反应中催化 CO2 固定的关键酶）的特
殊性质有关。 CO2 浓度较高时，该酶催化 C5 与 CO2 反应，完成光合作用； O2 浓度
较高时，该酶催化 C5 与 O2 反应，产物经一系列变化后到线粒体中会产生 CO2 （如
下图所示）；在二者浓度相同的条件下， Rubisco 对 CO2 亲和力更高，若在高温条
件下， Rubisco 对 O2 的亲和力则会更高。
?
巩固提升
据图回答问题：
（1）推测叶肉细胞内 Rubisco 的存在场所为____________。 Rubisco既 可催化 C5
与 CO2 反应，也可催化 C5 与 O2 反应，这与酶的专一性相矛盾，其两面性的原因可
能是在不同环境中 Rubisco 的__________发生变化，导致其功能改变。
?
叶绿体基质
空间结构
（2）在较高 CO2 浓度环境中， Rubisco 所催化反应的产物是____，该产物进一步反
应还需要的条件是______________（填物质名称或符号缩写）。
?
C3
?
NADPH 和ATP
?
（3）研究表明，光呼吸会消耗光合作用新形成有机物的 1/4 ，因此提高农作物产量
需降低光呼吸。某同学提出了削弱光呼吸、提高农作物产量的措施，包括降低温度
和提高 CO2 浓度，其中不能有效达到目的的措施是__________。
?
降低温度
（4）与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为暗呼吸。请从反应发生条件来
看，列举光呼吸与暗呼吸的不同点：________________________________________。
光呼吸需要光，暗呼吸有光、无光都可以进行
巩固提升
6.(2022·江苏高三模拟)自然界的植物丰富多样，对环境的适应各有差异，自卡尔文发现光合作用中碳元素的行踪后，又有科学家发现碳元素行踪的其他路径。请据图回答下列问题。
巩固提升
(1)图1是C3植物碳元素代谢途径的示意图。①、②、③、④代表的是物质，A、B、C、D代表的是生理过程，则①、④依次是______、_____；D过程是_____________________，ATP的合成除发生在A过程外，还发生在______(填字母)过程。
(2)C3植物在干旱、炎热的环境中，由于气孔关闭造成________________
_____________________________，从而不利于光合作用。
氧气
有氧呼吸第二、三阶段
C、D
C5
CO2不能进入叶
片，同时引起O2在细胞内积累
巩固提升
(3)图2是C4植物和CAM植物利用CO2途径的示意图。据图分析，这两类植物固定CO2的酶比C3植物多一种_________酶，该酶比Rubisco对CO2的亲和力大且不与O2亲和，具有该酶的植物更能适应___________的环境。
PEP羧化
低CO2浓度
(4)由图2可知，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。典型的CAM植物如仙人掌在夜晚吸收的CO2能否立即用于C3途径？_____(填“能”或“不能”)，可能的原因是______
____________________________________________________________。
没有光照，光反应不能正常进行，无法为暗反应提供足够ATP和NADPH
细胞
时间
不能
突破训练
玉米、高粱等是一类具有光合作用效率的C4植物，光合作用时，叶肉细胞中对CO2高亲和力的PEP羧化酶催化CO2固定产生四碳化合物（C4途径），然后运输到维管束鞘细胞中分解，释放出CO2用于卡尔文循环（如图）。由于C4途径具有更高光合作用能力，科学家正试图采用基因工程手段将C4植物的相关基因克隆到水稻（C3植物）中以提高产量。下列叙述错误的是（ ）
A、可通过PCR扩增获得目的基因
B、为了使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，可将目的基因与Ti质粒结合
C、转基因细胞筛选时，应在高CO2浓度下进行培养
D、转基因植株鉴定时，可与正常水稻进行光合作用能力的比较
C

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