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重难题型02 C3植物、C4植物和CAM 植物的光合作用
目录
1.命题趋势：明考情知方向
2.重难诠释：知重难、攻薄弱
3.创新情境练：知情境、练突破（10min 限时练)
4.限时提升练：综合能力提升（30min 限时练）
考点
三年考情分析
2025 考向预测
C3植物、C4植物
和CAM 植物的光
合作用
2024·湖南卷，17；
2024·浙江6 月选考，13、23；
2024·河北卷，19；
2024·广东卷，20；
2024·湖北卷，21；
2024·浙江1 月选考，20；
2023·湖南卷，14；
2022·浙江1 月选考，27
1.考点预测：考查C3植物、径C4植物、 CAM
植物等的光合作用。
2.考法预测：题目情境的呈现或是文字描述，或
是图表展示。该命题点的试题情境多样，以下两
种居多：一是当代科学家所做的一种或多种环境
因素影响光合作用速率的实验数据表或坐标曲线
图，二是大学教材中光合作用过程的文字或图
解、光呼吸、C3途径、C4途径和CAM 途径等。
重难点核心背记
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。
1．C3途径：也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基
质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。
2.C4植物
1
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【名师解读】
C
①
4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体。所以C4植物光反
应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上，而CO2固定发生在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶
绿体基质中。
②用14C 标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为：CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)。
C
③
4植物PEP 羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利用细
胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不能。故在干旱环境中，C4植物比C3植物生长得好。
3.景天科植物
【名师解读】
①仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合于炎热干旱地区，其特点
是气孔夜间开放，吸收并固定CO2，形成以苹果酸为主的有机酸，储存于液泡中；白天时气孔关闭，不吸
收CO2，但同时却通过卡尔文循环将从苹果酸中释放的CO2还原为糖，该机制也称CAM 途径。
②从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚该类植物不能合成葡萄糖，原因是
没有光反应为暗反应提供ATP 和NADPH。
③如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变。
④分析图中信息推测，CAM 途径是对干旱环境的适应；该途径除维持光合作用外，对植物的生理意义还
表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。
2
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（建议用时：10 分钟）
创新情境 联系生活
1．玉米是一种C4 植物，下图表示玉米的叶肉细胞和维管束鞘细胞（叶绿体无基粒）中部分物质代谢过程，
其中Rubisco 和PEPC 代表参与代谢的酶。请回答下列问题：
(1)据图可知，玉米叶片光反应发生在 的叶绿体中，固定CO2的场所有 和 。
(2)图中参与卡尔文循环的CO2来自 等过程，丙糖磷酸的去处有：在叶绿体中合成淀粉， 。
玉米叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构，有助于维管束鞘细胞散失的CO2再次被
捕获。
(3)Rubisco 是暗反应中的关键酶，其活性受到Rubisco 活化酶（RCA）的调节。但玉米的RCA 基因的表达水
平低于C3 植物水稻。研究人员在玉米植株中过表达水稻的RCA（OsRCA）基因，以期提高玉米的Rubisco
活性，请完成下表。
实验目的
实验步骤
克隆OsRCA 基因
提取水稻叶片总RNA，逆转录获得cDNA 作为模板进行PCR
转基因玉米植株的获得
利用① 法将目的基因导入玉米细胞中，获得转基因玉
米植株。
目的基因导入的检测
对WT 和转基因植株叶片的DNA 进行② 检测
③ 的检测
采用实时荧光定量PCR（RNA 检测技术）和Western-Blot（蛋
白质检测技术）对转基因植株叶片作进一步检测
3
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Rubisco 活力的检测
称取0.1g 鲜叶置于研钵中，加入1mL 提取液进行研磨，离心
后取④ （填“上清液”或“沉淀物”）进行Rubisco
酶活力检测
光合特性的检测
进行WT 和转基因植株的⑤ （填“真”或“净”）光合速
率、气孔导度、胞间CO2浓度的测定
【答案】(1) 叶肉细胞 叶肉细胞的细胞质基质 维管束鞘细胞的叶绿体
(2) 苹果酸转化（成丙酮酸）和细胞呼吸（或有氧呼吸，或三羧酸循环） （在细胞质基质中）合
成蔗糖 PEPC
(3) 农杆菌转化（或花粉管通道法，或基因枪法） PCR OsRCA 基因表达（水平或情况）
上清液 净
【分析】将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。将目的基因导入植物细胞
的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；
将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法。
【详解】（1）由图可知，玉米叶片叶肉细胞中的叶绿体可合成ATP，而维管束鞘细胞中的叶绿体进行卡尔
文循环，说明其光反应发生于叶肉细胞的叶绿体中。叶肉细胞的细胞质基质可将CO2在PEPC 的催化下生成
草酰乙酸，即CO2的固定可发生于叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体。
（2）图中参与卡尔文循环的CO2来自苹果酸分解和呼吸作用产生等。由图可知，丙糖磷酸在叶绿体中合成
淀粉，在细胞质基质中合成蔗糖，随后运进维管束。玉米叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状
结构，有助于维管束鞘细胞散失的CO2再次被叶肉细胞吸收，随后被PEPC 捕获，生成草酰乙酸。
（3）常利用农杆菌转化法或花粉管通道法将目的基因导入植物细胞。常用PCR 技术检测目的基因是否导
入受体细胞和是否转录，可利用实时荧光定量PCR（RNA 检测技术）和Western-Blot（蛋白质检测技术）对
转基因植株叶片作进一步检测目的基因的表达情况。经离心后，酶位于上清液中，所以取上清液进行酶活
力的检测。Rubisco 是暗反应中的关键酶，通过影响暗反应而影响光合作用，但不影响呼吸作用，所以最后
检测光合特性时，对净光合速率进行检测。
2．研究表明，金钗石斛有较强的抗干旱能力，在水分充足、环境条件适宜的情况下，主要通过卡尔文循
环固定CO2.当金钗石斛面对干旱等逆境胁迫时会逐渐转变为CAM 途径（景天酸代谢途径）植物。请回答下
列问题：
(1)适宜条件下，金钗石斛叶肉细胞中进行卡尔文循环的场所是 。该过程所固定的CO2来自于 。
(2)图1 是金钗石斛响应干旱胁迫的机制，暗期气孔打开，CO2通过气孔进入细胞，此时金钗石斛
（填“能”或“不能”）将CO2转化为糖类，原因是： 。
4
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(3)科研人员研究了金钗石斛在不同供水条件下的光合特性，结果如表1 所示。在干旱胁迫时，推测
（植物激素）的含量上升，气孔导度逐渐下降，直到基本关闭。结合图1 和表1 分析，随干旱时间延长，
胞间CO2浓度下降不明显的原因是 。
表1 上午10 时测定不同供水条件下金钗石斛的光合作用指标
净光合速率
（μmol·m2·s-1）
气孔导度
（mmol·m2·s-1）
蒸腾作用
（mmol·m2·s-1）
胞间CO2
（mmol·mol-1）
充分供水
1.4
0.023
0.6
300.2
干旱20 天
0.88
0.01
0.22
289.3
干旱40 天
0.19
0.002
0.08
277.5
(4)干旱40 天时，金钗石斛气孔随光暗条件发生周期性关闭和开放，对于植物适应干旱环境的意义是
。
【答案】(1) 叶绿体基质 呼吸作用产生和外界环境吸收
(2) 不能 缺少光反应产生的ATP 和NADPH
(3) 脱落酸 净光合速率下降，CO2的消耗减少；苹果酸分解产生CO2
(4)光期温度高，气孔关闭有利于水分的保持，暗期温度低，气孔开放有利于CO2的吸收
【分析】光合作用：①光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP 和NADPH 的生成；②暗反应
场所在叶绿体的基质，发生CO2的固定和C3的还原，消耗ATP 和NADPH。
【详解】（1）卡尔文循环，也就是光合作用中的暗反应阶段，这一过程的场所是叶绿体基质。适宜条件
下，光合作用大于呼吸作用，因此卡尔文循环固定的CO2 来自于呼吸作用产生和外界环境吸收。
（2）光反应为暗反应提供了NADPH 和ATP，NADPH 和ATP 能够将三碳化合物还原形成有机物，据图可知，
暗期气孔打开，CO2通过气孔进入细胞，CO2在细胞质基质中与PEP 结合形成OAA，然后转变形成苹果酸，
储存在液泡中，由于此时是暗期，不能进行光反应，缺少光反应产生的ATP 和NADPH，因此不能将CO2转
5
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化为糖类。
（3）脱落酸是一种促进气孔关闭的植物激素，在干旱胁迫时，推测脱落酸的含量上升，气孔导度逐渐下
降，直到基本关闭。从表1 中可以看出，随着干旱时间的延长，金钗石斛的净光合速率逐渐下降，当净光
合速率下降时，意味着植物通过光合作用消耗的CO2量减少，因此胞间CO2浓度下降的速度会减缓；从图1
可知，在CAM 途径中，植物在夜间气孔打开时吸收CO2 ，并将其转化为苹果酸储存在液泡中。在白天，
当气孔关闭以减少水分散失时，苹果酸会从液泡中释放并分解，产生CO2供光合作用使用。因此，即使气
孔关闭，胞间CO2浓度也不会迅速下降，因为苹果酸的分解可以持续提供CO2 ，综上所述，随干旱时间延
长，胞间CO2浓度下降不明显的原因是净光合速率下降，CO2的消耗减少；苹果酸分解产生CO2。
（4）干旱40 天时，金钗石斛气孔随光暗条件发生周期性关闭和开放，对于植物适应干旱环境的意义是光
期温度高，气孔关闭有利于水分的保持；暗期温度低，气孔开放有利于CO2的吸收。
（建议用时：30 分钟）
1．（24-25 高三上·山东·期末）植物为适应不同的环境，进化出不同的光合作用模式。回答下列问题。
(1)生活在干旱地区的有些兰科植物（如T．jap）有叶片，可通过CAM 途径进行光合作用。CAM 途径如图1
所示。
夜间气孔开放，CO2进入叶肉细胞后，最终以苹果酸的形式储存在 （细胞结构）中。白天苹果酸分解
释放出CO2，CO2在 中与C5结合形成C3，其中一部分C3接受 释放的能量，经一系列反应转化为
糖类。
(2)另一些兰科植物（如T．aph）无叶片，依赖气生根进行光合作用。欲探究T．aph 的气生根是否通过
CAM 途径进行光合作用，研究人员用¹⁴ C 标记CO2，分别检测了两种兰白天和夜晚的放射性强度，结果如
图2 所示。
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结果显示，T．jap 白天和夜晚固定CO2的特点是 ，T．aph 固定CO2的特点是依赖根进行CO2的固定，
夜间的固定量大于白天。
(3)研究人员进一步检测了两种兰黎明和黄昏时叶肉细胞中苹果酸的含量，结果如图3。研究人员推测T．
aph 的气生根中可能也有CAM 途径，判断依据是 。
(4)除通过检测苹果酸外，还可从其他角度验证T．aph 的气生根中有CAM 途径。写出验证的思路
（答出1 条即可）。
【答案】(1) 液泡 叶绿体基质 ATP 和NADPH
(2)白天依赖根、夜晚依赖叶片进行CO2的固定，夜间的固定量大于白天
(3)Taph 黎明时含有大量苹果酸，而黄昏量很少，且Taph 苹果酸含量的变化与Tjap 相似
(4)以Taph、Tjap 为实验材料，分白天和夜晚检测CAM 途径代谢过程中所需酶的活性/相关酶基因的表达量
等，合理即可
【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段：光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收光
能、传递光能，并将一部分光能用于水的光解生成[H]和氧气，另一部分光能用于合成ATP；暗反应发生场
所是叶绿体基质中，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，
三碳化合物在光反应产生的[H]和ATP 的作用下被还原，进而合成有机物。
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【详解】（1）结合图示可知，图示植物夜间气孔开放，CO2进入叶肉细胞后，最终以苹果酸的形式储存在
液泡中。白天苹果酸分解释放出CO2，CO2在叶绿体基质中与C5结合形成C3，其中一部分C3接受光反应产
生的ATP 和NADPH 释放的能量，同时还需要消耗NADPH 作为还原剂经一系列反应转化为糖类。
（2）研究人员用
14C 标记CO2，分别检测了两种兰白天和夜晚的放射性强度，结果如图2 所示，图中显示，
T．jap 白天放射性强度在根部，夜晚放射性强度在叶片，且叶片放射性强度高于根部，即该植物表现的特
点为：白天依赖根、夜晚依赖叶片进行CO2的固定，夜间的固定量大于白天；T．aph 固定CO2 的特点是依
赖根进行CO2的固定，夜间的固定量大于白天。
（3）研究人员进一步检测了两种兰黎明和黄昏时叶肉细胞中苹果酸的含量，结果如图3。图3 结果显示，
T.aph 黎明时含有大量苹果酸，而黄昏量很少，且Taph 苹果酸含量的变化与Tjap 相似，只不过发生部位不
同，研究人员据此推测T．aph 的气生根中可能也有CAM 途径。
（4）除通过检测苹果酸外，还可从其他角度验证T．aph 的气生根中有CAM 途径。这里验证设计中依然需
要以已知的能进行CAM 途径的T.jap 作为对照进行设计，具体操作为以Taph、Tjap 为实验材料，分白天和
夜晚检测CAM 途径代谢过程中所需酶的活性/相关酶基因的表达量等；若两种植物中相关检测指标相近则
可得到验证。
2．（24-25 高三上·天津西青·期末）龙舌草是水鳖科沉水植物，其生长发育受到水体中无机碳浓度、光照
强度等因素的影响。科研人员根据研究成果建构了假设模型，如下图。请回答下列问题。
(1)龙舌草优先利用水体中溶解的CO2，当水体中CO2充足的情况下，CO2会扩散到叶绿体B 被固定为 ，
该物质被还原时需要光反应提供 （物质）。
(2)低CO2条件下，龙舌草主要通过PEPC 进行无机碳固定（C4途径），此过程固定无机碳的最初产物是
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。产生的Mal 在夜间存储，白天分解（CAM 途径），其意义是 。
(3)线粒体能够产生CO2的过程有 。
【答案】(1) C3 ATP 和NADPH
(2) OAA（C4） 帮助植物适应干旱环境
(3)Mal（C4）转变为丙酮酸和CO2 ； 丙酮酸和水反应生成CO2和NADPH
【分析】NADPH 和氧气，另一部分光能用于合成ATP，暗反应发生场所是叶绿体基质中，首先发生二氧化
碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，三碳化合物利用光反应产生的NADPH
和ATP 被还原。
【详解】（1）龙舌草优先利用水体中溶解的CO2，当水体中CO2充足的情况下，CO2与C5反应生成C3化合
物，场所是叶绿体基质；C3被还原时需要消耗光反应产生的ATP 和NADPH，光反应是在类囊体薄膜上进行
的。
（2）低CO2条件下，龙舌草主要通过PEPC 进行无机碳固定（C4途径），CO2转变为HCO3
-后与PEP 生成
OAA（C4），OAA 再转化为Mal，产生的Mal 在夜间存储，白天分解（CAM 途径），其意义是帮助植物适
应干旱环境。
（3）据图可知，运往叶肉细胞的Mal 进入线粒体后，在相关酶的催化下转变为丙酮酸和CO2，同时有氧呼
吸的第二阶段丙酮酸和水反应生成CO2和NADPH。
3．（24-25 高三下·广西·开学考试）广西隆安县是全国最大的火龙果连片种植基地，晚上基地亮起的灯海
美如画。火龙果是典型的景天酸代谢（CAM）植物，其有一套独特的生存策略：气孔夜晚打开，白天关闭，
特别适应干旱地区。图1 表示火龙果叶肉细胞内部分代谢途径示意图。火龙果在种植中对光照有严格的要
求，科研人员为了探究不同光质补光对火龙果不同时期果肉中可溶性糖含量的影响，进行了相关实验，结
果如图2 所示。回答下列问题：
注：图中苹果酸是一种酸性较强的有机酸。
(1)光既可为火龙果的光合作用提供能量，又能作为一种 影响和调控火龙果的生长发育。
(2)由图1 可知，参与火龙果植株固定CO2的酶分布在 。推测图1 中的过程a 发生在 （填“白
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天”或“夜晚”），将苹果酸运进液泡中储存，有利于细胞维持正常代谢的原因是 。
(3)由图2 可知，选用蓝红光比为 最有利于提高火龙果果实可溶性糖的含量，判断依据是 。
【答案】(1)信号
(2) 细胞质基质、叶绿体基质 夜晚 该过程可避免细胞质基质中苹果酸积累导致pH 下降，进
而影响酶的活性
(3) 1：2 在火龙果果实发育的三个时期，蓝红光比为1：2 时，可溶性糖的含量均最高
【分析】火龙果是典型的景天酸代谢（CAM）植物，气孔夜晚打开，吸收二氧化碳转化为苹果酸储存，白
天关闭，利用夜间的苹果酸分解形成的二氧化碳进行光合作用，依次来适应干旱地区。
【详解】（1）光既可为火龙果的光合作用提供能量，又能作为一种信号影响基因的表达，进而影响和调
控火龙果的生长发育。
（2）结合图示可知，二氧化碳可以在细胞质基质中转化为苹果酸，苹果酸进入叶绿体基质形成二氧化碳，
二氧化碳和C5反应生成C3，因此参与火龙果植株固定CO2的酶分布在细胞质基质、叶绿体基质。
夜间植物吸收二氧化碳并在细胞质基质中合成苹果酸，合成的苹果酸通过a 过程转移到液泡中储存，白天
由于光合作用需要二氧化碳，储存在液泡中的苹果酸通过过程b 进入细胞质基质，再进入叶绿体基质转化
为二氧化碳参与暗反应。
将苹果酸运进液泡中储存，有利于细胞维持正常代谢的原因是该过程可避免细胞质基质中苹果酸积累导致
pH 下降，进而影响酶的活性。
（3）结合图2 可知，选用蓝红光比为1：2 最有利于提高火龙果果实可溶性糖的含量，判断依据是在火龙
果果实发育的三个时期，蓝红光比为1：2 时，可溶性糖的含量均最高。
4．（24-25 高三上·天津·期末）仙人掌、菠萝和许多肉质植物等景天科植物（CAM 植物）在夜间时，大气
中的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，储存于液泡中。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。回答下列问题：
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(1)该类植物叶肉细胞白天淀粉含量和细胞液pH 的变化分别是 、 ，原因是 。
(2)夜晚吸收的CO2没有马上用于卡尔文循环，而是先转变为苹果酸储存起来，试分析原因： 。
(3)这类植物特别适合在干旱地区种植，其适应性机制为：夜晚气孔开放，有利于 ，白天气孔关闭，
有利于 。
(4)CAM 植物可以通过 获得光合作用暗反应所需的CO2。
【答案】(1) 增加 上升 白天苹果酸从液泡中释放出来，分解成CO2用于卡尔文循环（暗
反应），生成淀粉
(2)夜晚没有光照，光反应不能正常进行，无法为暗反应提供足够的ATP 和NADPH
(3) 从外界吸收CO2 降低蒸腾作用，减少水分散失
(4)苹果酸的分解和细胞呼吸
【分析】光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应为暗反应提供ATP 和NADPH，暗反应为光反应提
供ADP、Pi 和NADP+。
【详解】（1）白天时，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用于卡尔文循环，
卡尔文循环会产生淀粉等有机物，所以淀粉含量增加。夜晚吸收CO2转化为苹果酸储存于液泡中，使液泡
中的酸性物质增多，pH 降低；白天苹果酸从液泡释放出来进行脱羧反应，液泡中的酸性物质减少，所以细
胞液pH 升高。故原因是白天苹果酸从液泡中释放出来，分解成CO2用于卡尔文循环（暗反应），生成淀粉。
（2）夜晚没有光照，光反应不能正常进行，无法为暗反应提供足够的ATP 和NADPH，故夜晚吸收的CO2没
有马上用于卡尔文循环，而是先转变为苹果酸储存起来。
（3）这类植物夜晚气孔开放，有利于从外界吸收CO2，这是因为干旱地区水分有限，白天气孔关闭可以降
低蒸腾作用，有利于减少水分散失。
（4）CAM 植物可以通过苹果酸的分解和细胞呼吸获得光合作用暗反应所需的CO2。
5．（2025·广东珠海·一模）Rubisco 酶既可以催化C₅ 的羧化，也可以催化C₅ 的氧化。如果C₅ 被氧化，则会
形成乙醇酸，乙醇酸能抑制暗反应多种酶的活性。为减少该类毒性代谢产物及碳素损失，植物进化出了光
呼吸途径，相关路径如图所示。
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回答下列问题：
(1)据图可知，C₅ 的羧化是指暗反应中 过程。
(2)据图分析，光呼吸会消耗 ，从而影响暗反应导致植物光合速率下降。
(3)优化光呼吸代谢被认为是提高光合速率的关键突破口，目前科学家常用的优化方案有：
①加速光呼吸代谢：GDC 是促进光呼吸中间产物代谢的关键酶，科学家利用基因工程构建了GDC 基因过表
达的拟南芥植株，发现相较于野生型，其光合速率明显上升，可能是因为图中 积累量下降从而提高
了暗反应速率。
②构建新的光呼吸通路：将苹果酸合成酶基因和乙醇酸脱氢酶基因导入烟草的叶绿体中，从而设计出一条
新的光呼吸通路AP3．与原光呼吸通路相比，AP3 通路促进光合作用的优势是 ，构建AP3 通路同时，
科学家还下调了转运蛋白PLGGI 基因的表达量，目的是 。将同时具备以上改变的转基因烟草（AP3）
与野生型（WT）进行田间试验，WT 光合速率变化如图所示，请在图中绘制出AP3 的预期结果。
【答案】(1)CO2与 C5结合生成 C3
(2)ATP 和NADPH、O2
(3) 甘氨酸 减少乙醇酸的生成，降低其对暗反应的抑制，且新通路可增加 CO2的供应
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【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，其中光反应包括水的光解和ATP 的生成，暗反应包括二
氧化碳的固定和三碳化合物的还原等。
【详解】（1）暗反应过程包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原过程，据图可知，C₅ 的羧化是指暗反
应中CO2与 C5结合生成 C3。
（2）图中→表示光呼吸通路，据此可知，光呼吸会消耗ATP 和NADPH、O2，其中ATP 和NADPH 会参与暗
反应过程中C3的还原，故光呼吸会影响暗反应导致植物光合速率下降。
（3）①图示甘氨酸可进一步生成二氧化碳，而二氧化碳是暗反应的原料，相较于野生型，其光合速率明
显上升，可能是因为图中甘氨酸积累量下降从而提高了暗反应速率。
②AP3 通路是将苹果酸合成酶基因和乙醇酸脱氢酶基因导入烟草的叶绿体中，与原光呼吸通路相比，AP3
通路促进光合作用的优势是减少乙醇酸的生成，降低其对暗反应的抑制，且新通路可增加 CO2的供应；科
学家还下调了转运蛋白PLGGI 基因的表达量，目的是减少乙醇酸的生成，降低其对暗反应的抑制，且新通
路可增加 CO2的供应；相同胞间 CO2浓度下AP3 的光合速率高于WT，曲线整体位于 WT 上方且趋势相
似，故可绘制曲线如下：
6．（2025·河南信阳·二模）钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节
以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻
力增大；Rubisco 的羧化酶（催化CO2的固定反应）活性下降，最终导致净光合速率下降。如图是水稻（C3
植物）和玉米（C4植物）的光合作用碳（暗）反应示意图。Rubisco 酶可催化RuBP 与CO2反应，进行卡尔
文循环，又可催化RuBP 与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的
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酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞
叶绿体的基粒非常发达，维管束鞘细胞的叶绿体较大，没有或仅有少量基粒。玉米的碳（暗）反应先在叶
肉细胞中利用PEPC 酶催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞
后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题：
(1)叶片中光合色素的功能有 ，叶绿素含量的测定：先用有机溶剂提取叶绿体中的光合色素，
再根据各种色素的吸收光谱特点，选择在 （A．红光B．蓝紫光C．红光或蓝紫光D．红光和
蓝紫光）条件下测得光的吸收率，最后再计算。
(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量下降，从叶绿素的合成角度分析，原因是 （答出两点即
可）。
(3)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度 （填“高于”或“低于”）水稻，原因
是 （答出2 点即可）。
(4)光合作用的产物主要以淀粉的形式储存在叶绿体中，一般不以葡萄糖或蔗糖的形式储存，一方面淀粉不
易溶于水，有利于维持叶绿体中 的稳定，另一方面减少 等物质的积累，避免对
光合作用的抑制。从能量代谢的角度看，光呼吸与有氧呼吸最大的区别是 。
【答案】(1) 吸收、传递、转化光能 A
(2)缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N 等的吸
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收，使叶绿素合成减少
(3) 高于 玉米的PEPC 酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco 酶更高；玉米能通过PEPC 酶生成C4，使
维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸；高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移
(4) 渗透压 3-磷酸甘油醛、葡萄糖 光呼吸消耗能量，有氧呼吸产生能量
【分析】光合作用的暗反应阶段：绿叶通过气孔从外界吸收的 CO2，在特定酶的作用下，与 C5（一种五碳
化合物）结合，这个过程称作 CO2 的固定。一分子的 CO2 被固定后，很快形成两个 C3 分子。在有关酶
的催化作用下，C3 接受 ATP 和 NADPH 释放的能量，并且被 NADPH 还原。随后，一些接受能量并被还
原的 C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的 C3，经过一系列变化，
又形成 C5。这些 C5 又可以参与 CO2 的固定。这样，暗反应阶段就形成从 C5 到 C3再到 C5 的循环，可
以源源不断地进行下去，因此暗反应过程也称作卡尔文循环。
【详解】（1）叶片中光合色素具有吸收、传递和转化光能。光合色素分为类胡萝卜素和叶绿素，类胡萝
卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，所以叶绿素含量的测定，应选择在红光条件下进行。
（2）长期缺会钾导致该植物的叶绿素含量下降，从叶绿素的合成角度来看，是由于：①缺钾会使与叶绿
素合成相关酶的活性降低；②缺钾还会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N 等的吸收，导致叶绿
素合成减少。
（3）据图可知，在干旱、高光照强度环境下，玉米的PEPC 酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco 酶更高；玉
米能通过PEPC 酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，进而抑制玉米的光呼吸；高光照条件下
玉米可以将光合产物及时转移，所以玉米的光合作用强度高于水稻。
（4）光合作用的产物主要以淀粉的形式储存在叶绿体中，一般不以葡萄糖或蔗糖的形式储存，一方面淀
粉不易溶于水，有利于维持叶绿体中渗透压的稳定；另一方面，减少了3-磷酸甘油醛、葡萄糖等物质的积
累，避免对光合作用的抑制。从能量代谢的角度看，光呼吸与有氧呼吸最大的区别在于：光呼吸消耗能量，
而有氧呼吸产生能量。
7．（2025·陕西榆林·二模）小麦属于
植物，通过卡尔文循环完成碳的固定和还原，其中
的固定需要
RuBP 羧化酶催化；玉米属于
植物，如下图1 所示，玉米通过气孔吸收的
，在叶肉细胞叶绿体中PEP
羧化酶的作用下生成
，
进入维管束鞘细胞后释放
，然后
进行卡尔文循环。回答以下问题：
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(1)小麦叶肉细胞进行光合作用暗反应的场所是 ，玉米的维管束鞘细胞只进行暗反应，推测其
叶绿体中可能缺少的结构是 。与RuBP 羧化酶相比，PEP 羧化酶固定
的能力更
(填“强”或“弱”)。
(2)图2 表示玉米与小麦在温度和
浓度等其他因素均适宜的条件下，总光合速率和呼吸速率的比值(P/R)
与光照强度的关系曲线。玉米的光补偿点 (填“大于”“等于”或“小于”)小麦，你做出判断
的依据是 。在干旱、高光照强度地区，应选择种植玉米，综合图1 和图2 分析，原因是
(请从两个角度进行分析)。
(3)仙人掌属于景天科植物。如图3 所示，其
固定途径不同于
植物和
植物，这类植物夜间气孔开
放，吸收的
转化成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中的苹果酸会释放出
，进而在叶绿
体中完成卡尔文循环。据图判断，仙人掌光合作用利用的
来自 和 (填生理过
程)；白天影响仙人掌光合作用强度的外界环境因素有 (填序号)。
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①
浓度 ②光照强度 ③光合色素含量 ④温度
【答案】(1) 叶绿体基质 基粒(类囊体) 强
(2) 大于 P/R 值为1 时(净光合速率为0 时)对应的光照强度为光补偿点，故玉米光补偿点大于小麦
光补偿点 在干旱、高光照强度下，植物气孔导度减小，CO2供应不足，玉米的PEP 羧化酶固定CO2能
力更强；且高光照强度下，玉米的P/R 值更大，更有利于积累有机物
(3) 苹果酸脱羧 呼吸作用(两空可互换) ②④
【分析】1、光合作用过程包括光反应和暗反应：
（1）光反应：场所在叶绿体类囊体薄膜，完成水的光解产生NADPH 和氧气，以及ATP 的合成；
（2）暗反应：场所在叶绿体基质中，包括二氧化碳的固定和C3的还原两个阶段。光反应为暗反应C3的还
原阶段提供NADPH 和ATP；
2、C4植物其维管束鞘细胞中含有没有基粒的叶绿体，能够进行光合作用的暗反应，C4植物二氧化碳固定效
率比C3高很多，有利于植物在干旱环境生长，C3植物行光合作用所得的淀粉会贮存在叶肉细胞中，而C4植
物的淀粉将会贮存于维管束鞘细胞内。
【详解】（1）对于小麦这种C3植物，光合作用暗反应的场所是叶绿体基质。因为在叶绿体基质中含有暗
反应所需的多种酶，能进行CO2的固定和C3的还原等一系列反应。
所以小麦叶肉细胞进行光合作用暗反应的场所是叶绿体基质；玉米的维管束鞘细胞只进行暗反应，而光反
应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，暗反应不需要类囊体薄膜结构，推测其叶绿体中可能缺少的结构是类囊
体薄膜；玉米属于C4植物，在较低CO2浓度下，就能通过叶肉细胞中PEP 羧化酶固定CO2生成C4，然后C4
进入维管束鞘细胞释放CO2进行卡尔文循环；而小麦（C3植物）固定CO2依赖RuBP 羧化酶，在低CO2浓度
下固定CO2能力相对较弱。所以与RuBP 羧化酶相比，PEP 羧化酶固定CO2的能力更强；
（2）光补偿点是指植物光合作用强度与呼吸作用强度相等时的光照强度，此时P/R =1。从图2 曲线可以看
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出，玉米的P/R=1 时对应的光照强度大于小麦P/R=1 时对应的光照强度，所以玉米的光补偿点大于小麦；
在干旱、高光照强度地区，应选择种植玉米，原因是在干旱、高光照强度下，植物气孔导度减小，CO2供
应不足，玉米的PEP 羧化酶固定CO2能力更强；且高光照强度下，玉米的P/R 值更大，更有利于积累有机
物，光合作用效率更高；
（3）夜间气孔开放，吸收的CO2 转化成苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭，液泡中的苹果酸脱羧会释
放出CO2 用于光合作用；同时，细胞呼吸会产生CO2，也能为光合作用提供原料。所以仙人掌光合作用利
用的CO2 来自苹果酸脱羧和细胞呼吸（呼吸作用）；①白天气孔关闭，外界的CO2 无法进入，所以CO2 浓
度不是影响仙人掌光合作用强度的外界环境因素，①不符合；②光照强度会影响光反应阶段，从而影响光
合作用强度，②符合；③光合色素含量不属于外界环境因素，③不符合；④温度会影响光合作用中酶的活
性，进而影响光合作用强度 ，④符合。 所以白天影响仙人掌光合作用强度的外界环境因素有②光照强度、
④温度，故选②④ 。
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