文档内容
热点 02 C3 植物、C4 植物和 CAM 植物的光合作用
(情境预测+重难诠释+限时检测)
情境预测
水稻、小麦等植物是C 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
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燥环境中，C 植物会减产；玉米、甘蔗等植物是C 植物，体内有特殊的结构，能够适应高温、干燥环境。
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右图为某C 植物的暗反应过程（包括C 途径和C 途径）。
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命题点：考查C 与C 植物的光合作用的题型往往以图形题的形式出现，图形展示了C 与C 途径，要求
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考生依据图形，结合题干信息和教材内容，综合分析后进行解答。
考查光呼吸的题型会给出光呼吸的简图或较复杂的图示，考查的内容往往涉及光呼吸的过程分析、光
呼吸与细胞呼吸的区别、光呼吸与光合作用的联系等。
重难诠释
自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中 CO 的固定途径不同可以分为C 、C 和CAM三种类
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型。
1．C 途径：也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C )与CO 的羧化开始到RuBP(C )再生结束，在叶绿体基
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质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C 植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。
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2．C 途径：研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的
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叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO 被整合到C 化合物中，随后C 化合物进入维管束鞘细胞，维管
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束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C 化合物释放出的CO 参与卡尔文循环，进而生成有
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机物(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO 泵”，它提高了C 植物固定CO 的能力，使C 植物比C 植
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物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。常见C 植物有
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玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。
3．CAM途径：CAM植物夜间吸进CO ，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮
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酸羧化酶催化下，CO 与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。从而表现出夜间
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淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降。而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO ，进
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入C 途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一
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步氧化释放CO ，又可进入C 途径。从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液 pH上升。常见的
2 3CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。
4．C 植物、C 植物和CAM植物的比较
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特征 C 植物 C 植物 CAM植物
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与CO 结合的物质 RuBP(C ) PEP PEP
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CO 固定的最初产物 C C 草酰乙酸
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CO 固定的时间 白天 白天 夜晚和白天
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叶肉细胞类囊
光反应的场所 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜
体薄膜
叶肉细胞的叶 维管束鞘细胞的叶绿
卡尔文循环的场所 叶肉细胞的叶绿体基质
绿体基质 体基质
有无光合午休 有 无 无
C 途径是碳同化的基本途径，C 途径和CAM途径都只起固定CO 的作用，最终还是通过C 途径合成有机
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物。
限时检测 （限时 30 分钟）
1．（2024·全国·高三专题练习）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。(1)图1是C 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
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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 过程。
(2)C 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。
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(3)图2是C 植物和CAM植物利用CO 途径的示意图。据图分析，这两类植物固定CO 的酶比C 植物多一种
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酶，该酶比Rubisco对CO 的亲和力大且不与O 亲和，具有该酶的植物更能适应 的环境。
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(4)由图2可知，C 植物是在不同 进行CO 的固定，而CAM植物是在不同 进行
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CO 固定。典型的CAM植物如仙人掌在夜晚吸收的CO 能否立即用于C 途径? （填“能”或
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“不能”），可能的原因是 。
2．（2024·江西·校联考模拟预测）夏日正午的阳光强烈，沉水植物海菜花光合作用旺盛，产生大量的 O
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使水体的溶解氧处于饱和状态。此时水体中的CO 被大量消耗，会诱导海菜花启动 C 代谢途径，过程如图
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所示。在低CO 和高O 情况下，Rubisco酶催化加氧反应，即吸收 O 产生CO ，该反应过程称为光呼吸。
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回答下列问题：
(1)海菜花光反应发生的场所是 ，图中为光合作用提供原料的无机物有水分和
（答两种）等。海菜花叶肉细胞中丙酮酸产生的场所有 。
(2)在高 O 低CO 条件下，C 发生氧化并产生光呼吸的底物 ；在强光下，光反应转换的能量超过暗
2 2 3反应的需要时，会对细胞造成伤害，此时光呼吸可对细胞起到保护作用，原因是 。光呼吸是一
种 （填“吸能”或“放能”）反应。
(3)图中催化CO 固定的两种酶（PEPC、Rubisco）中，与 CO ( )亲和力较高的是 PEPC，原因是
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。
(4)科研人员根据对光呼吸机理的研究，利用基因编辑技术设计了以下实验：A 组实验，即在海菜花叶绿体
中完成光呼吸全过程的替代途径，该途径乙醇酸也能降解并产生CO ; B组实验，即在基因编辑基础上同时
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利用RNA干扰技术，降低叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白的表达量；C组实验为不作基因编辑。检测三种不同
类型植株的光合速率发现B组光合速率最高，分析其原因可能是 ，进而促进光合作用过程。
3．（2024·江西·校联考模拟预测）菠菜属于C 植物，其叶肉细胞能进行光合作用。玉米属于C 植物，叶肉
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细胞和维管束鞘细胞共同完成光合作用，过程如图所示，其叶肉细胞的叶绿体固定CO 的酶（PEP羧化
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酶）与CO 的亲和力强于C 植物。请回答下列问题：
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(1)玉米维管束鞘细胞 （填“能”或“不能”）进行光反应，理由是 ，C 还原需要的ATP和NADPH
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来自 的叶绿体。维管束鞘细胞中丙酮酸除了来自C 的分解，还可来自 （填生理过程）。
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(2) （填“菠菜”或“玉米”）更适宜种植在低浓度CO 的环境中，理由是 。
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(3)若CO 供应突然减少，菠菜叶肉细胞中C /C 的比值短时间内将 ，原因是 。
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(4)玉米叶肉细胞结构完整，但不能独立进行光合作用，原因可能是 。
4．（2024上·湖南衡阳·高三衡阳市八中校考阶段练习）图1是在温度和CO 等其他因素均适宜的条件下测
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定的玉米叶和小麦叶的总光合速率与呼吸速率的比值（P/R）与光照强度的关系，同时测定了小麦和玉米叶
肉细胞的D1蛋白、F蛋白及氧气释放速率的相对量，结果如下表所示（+多表示量多）。已知叶绿素a通
常与D1蛋白等物质结合，构成光合复合体PSⅡ（可使水发生光解）。光照强度 a b c d e f
D1蛋白含量 ++++ ++++ ++++++ ++++ ++ +
小麦 F蛋白含量 ++++ ++++ ++++++ ++++ ++ +
氧气释放速率 ++ ++++ ++++++ ++++ ++ +
D1蛋白含量 ++++ ++++ +++++ +++++ ++++ +++
玉米 F蛋白含量 ++++ ++++ +++++ +++++ ++++ +++
氧气释放速率 + ++ +++++ +++++ ++++ ++++
(1)用纸层析法分离光合色素，可以根据滤纸条上色素带的位置判断4种色素在层析液中 的大小。
PSⅡ中的叶绿素a在转化光能中起到关键作用，叶绿素a在光能激发下失去电子，并最终从水中获取电子
使水分解产生氧气。电子在类囊体膜上形成电子流，并由电子流驱动生成NADPH和ATP，据此分析，在光
反应过程中，能量类型的转换过程是 。
(2)结合表中信息分析，在图1中的d光强下，玉米叶的总光合速率 （填“大于”、“等于”或
“小于”）小麦叶的总光合速率。
(3)D1蛋白极易受到强光破坏，被破坏的D1蛋白降解后，空出相应的位置，新合成的DI蛋白才能占据相应
位置，使PSⅡ得以修复。叶绿素酶（CLH）可催化叶绿素a降解，结合态的叶绿素a不易被降解。CLH与F
蛋白结合后可催化被破坏的D1蛋白的降解。结合表中信息分析，在强光下玉米叶的氧气释放速率比小麦
叶降低更慢的原因是 。
(4)玉米称为C 植物，其光合作用的暗反应过程如图2所示，酶1为PEP羧化酶，可以固定低浓度的CO 形
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成C ，酶2为RuBP羧化酶，可以固定高浓度的CO 形成C ，对低浓度的CO 没有固定能力。则酶1固定
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CO 的能力比酶2 （填“强”或“弱”）。小麦叶肉细胞没有酶1催化生成C 的过程，称为C
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植物，其光合作用均在叶肉细胞完成。据上述信息分析，与小麦相比，玉米更适应高温、干旱环境的原因
是 。
5．（2024·山东滨州·校考模拟预测）根据光合作用中固定CO 方式，可将植物分为C 植物和C 植物等类型。
2 3 4一些C 植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞都含有叶绿体，但后者叶绿体缺乏基粒，两类细胞之间有大量的胞
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间连丝；叶肉细胞含磷酸烯醇式丙酮酸化酶（PEPC）。该酶具有高CO 亲和力，可在低浓度CO 条件下高
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效固定CO 。
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如图表示C 植物光合作用的基本反应过程，回答下列问题：
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(1)C 植物的 细胞吸收转化光能，为反应②提供 。
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(2)结构P为 ，叶肉组胞和维管束鞘细胞间具有大量该结构的意义是 。
(3)综合以上信息，更适宜在高温、高光强环境中生存的是 （填“C 植物”或“C 植物”），依据
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是 。
(4)植物体光合作用产物常以蔗糖形式运输，为验证光合作用产物以蔗糖的形式运输，研究人员将酵母菌蔗
糖酶基因转入植物，并将该基因表达的蔗糖酶定位在维管束鞘细胞的细胞壁上，结果发现转基因植物出现
严重的小根、小茎现象，原因是 。
6．（2024·山东潍坊·寿光现代中学校考模拟预测）玉米的叶肉细胞含有正常的叶绿体，维管束鞘细胞含有
没有基粒的叶绿体。在其进行光合作用时，CO 中的碳首先转移到有机物C 中，该过程称为C 途径。C 在
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维管束鞘细胞中再释放出CO ，参与卡尔文循环。具体过程如图所示，其中PEP酶对CO 的亲和力远大于酶
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Rubisco。像玉米这样具有C 途径的植物称为C 植物，不具有C 途径的植物称为C3植物。
4 4 4(1)C 植物中可固定CO 的物质是 ，光反应主要发生在 （填“叶肉细胞”“维管束鞘细胞”或
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“叶肉细胞和维管束鞘细胞”）的叶绿体中。
(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，C 植物与C 植物相比，
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的CO 补偿点较低，原因是 。
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(3)科学家以14CO 为原料，通过放射性同位素示踪法探明了玉米光合作用过程中CO 中碳的转移途径。请推
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测该科学探究的实验思路： 。
7．（2024·河南信阳·统考一模）植物的蒸腾作用对植物有重要的意义，气孔是植物蒸腾作用的主要通道。
双子叶植物表皮上的气孔由两个肾形保卫细胞构成，如图1所示，请回答：
(1)当保卫细胞渗透压 （填“变大”或“变小”）时细胞吸水，由于较薄的细胞外壁（靠近表皮细
胞一侧）易于伸长而向外扩展，但微纤丝长度相对稳定，于是保卫细胞内壁外移，导致气孔导度
（填“变大”或“变小”）。
(2)黑藻固定CO 有两条途径（图2．1）：①CO 在核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶（Rubisco）催化下直接与C
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反应生成C ；②CO 先在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）催化下与磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）反应生成C
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（四碳化合物），当C 储存到一定量时，分解释放出CO 参与暗反应。已知PEPC对CO 亲和力是Rubisco
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的几十倍。由图2．1可知，丙酮酸转化为PEP的过程属于 （填“吸能”或“放能”）反应。黑藻细
胞固定CO 的具体场所是 。C 的还原需要 提供能量。为了探究在低浓度CO 处理下黑藻固定
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CO 途径改变的分子机制，研究人员检测了低浓度CO 处理前后黑藻体内两种PEPC基因的表达情况，结果
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如图2．2所示。由图可知，在低浓度CO 处理下黑藻固定CO 途径改变的分子机制是 。
2 28．（2024上·福建厦门·高三厦门一中校考阶段练习）植物的叶肉细胞在光下合成糖，以淀粉的形式储存。
通常认为若持续光照，淀粉的积累量会增加。回答下列问题：
(1)叶肉细胞吸收的CO ，在 （结构）被固定形成 C ，C 接受 释放的能量，经过一系列的反
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应转化为糖类，并进一步合成淀粉。
(2)科研人员给予植物48小时持续光照，测定叶肉细胞中的淀粉量，结果如图1所示。实验结果反映出淀
粉积累量的变化规律 是 。
(3)为了解释题（2）的实验现象，研究人员提出了两种假设。
假设一：当叶肉细胞内淀粉含量达到一定值后，淀粉的合成停止。
假设二：当叶肉细胞内淀粉含量达到一定值后，淀粉的合成与降解同时存在。
为验证假设，科研人员测定了叶肉细胞的CO 吸收量和麦芽糖（麦芽糖为淀粉降解产物）的含量，结果
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如图2所示。实验结果支持假设 ，判断依据 是 。
(4)为进一步确定该假设成立，研究人员在第12h测得叶肉细胞中的淀粉含量为a，为叶片光合作用通入仅
含13C标记的13CO 4h，在第16h测得叶肉细胞中淀粉总量为b，13C标记的淀粉含量为c．若淀粉量a、b、c
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关系满足 （用关系式表示），则该假设成立。
