高中生物（人教版）新教材同步必修第一册课件+讲义 第5章　微专题三　C3、C4、CAM植物及光呼吸

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最新人教版高中生物（必修一）同步课件微专题三C3、C4、CAM植物及光呼吸一、C3、C4和CAM植物自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。1.C3途径：也称卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3)]，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。常见的C3植物有大麦、小麦、大豆、水稻、马铃薯等。2.C4途径：[固定CO2的初产物是四碳化合物(C4)]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)。叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍，所以C4植物能利用叶肉细胞间隙含量很低的CO2进行光合作用，反应的空间分离导致维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞增加10倍，从而确保在CO2受限的条件下进行高效的碳固定。C4植物通常生长在强光环境中，光合作用速率在所有植物中最高，如玉米、甘蔗、高粱等。3.CAM途径：在CAM植物中，碳捕获和固定的反应在时间上是分离的。首先，在晚上(此时蒸腾速率低)捕获CO2，然后转变成苹果酸存储在液泡中。到了白天，气孔关闭，苹果酸脱羧，使得叶绿体中Rubisco周围CO2浓度升高(如图3)。大量的苹果酸存储需要更大的液泡和细胞，因此CAM植物一般具有肉质的茎叶。归纳总结C3植物、C4植物和CAM植物的比较归纳总结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。例1　下列有关C3植物和C4植物代谢和结构特点的叙述，正确的是A.C3植物多为阴生植物，C4植物多为阳生植物B.在进行光合作用时，C3植物和C4植物将CO2中的C分别首先转移到C3和 C4中C.C3植物的叶肉细胞具有正常叶绿体，C4植物的叶肉细胞具有无基粒的 叶绿体D.C4植物的维管束鞘外有“花环型”的两圈细胞√例2　原本生活在干旱地区的多肉植物，经研究发现其CO2固定过程非常特殊，被称为景天酸代谢途径。其光合作用产生的中间产物苹果酸在CO2的固定和利用过程中起到重要作用，过程如图所示。据图分析，下列说法错误的是A.进行景天酸代谢的植物白天进行光反应，积累ATP和NADPH，晚上进行暗反应合 成有机物B.图示的代谢方式可以有效地避免植物蒸腾过度导致脱水，从而使该类植物适应干 旱环境C.与常见的C3代谢途径植物相比，夜间更适于放置在室内的是景天酸代谢途径植物D.多肉植物在其原生地环境中，其液泡中的pH会呈现白天升高晚上降低的周期性变化√二、光呼吸光呼吸是所有进行光合作用的细胞(该处“细胞”包括原核生物和真核生物，但并非所有这些细胞都能进行完整的光呼吸)在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。该过程以光合作用的中间产物为底物，吸收氧、释放二氧化碳。1.光呼吸的起因(1)植物体为什么会发生光呼吸呢？主要原因是在生物体的进化过程中产生了一种具有双功能的酶，该酶叫作RuBP羧化/加氧酶，可以缩写为Rubisco。(2)二氧化碳和氧气竞争性地与Rubisco结合，当二氧化碳浓度高时，Rubisco催化RuBP与二氧化碳形成两分子C3进行卡尔文循环；当氧气浓度高时，Rubisco催化RuBP与氧气形成1分子C3和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中C3进入卡尔文循环，而磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成乙醇酸，乙醇酸就离开叶绿体，走上了光呼吸的征途，这条路艰难而曲折，有害也有利。基本过程如图所示。(3)由图可见，光呼吸和光合作用的关系密切，它们之间的关系可以作一形象的理解：糖工厂内(进行光合作用的细胞，特别是植物)的葡萄糖生产线(光合作用)因一部机器(Rubisco)构造不完善，一部分原材料(C5)不断被错误加工，产出次品(磷酸乙醇酸)，虽然有一补救措施，可将次品重加工并再次投入生产线，但是整个过程却是非常费时费力的。这个错误加工和补救的过程就是光呼吸。2.光呼吸的危害如果在较强光照下，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。3.光呼吸的意义其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义，这也许是进化过程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意义如下：(1)回收碳元素。2分子的C2形成1分子的C3和1分子的CO2，那1分子C3通过光呼吸过程又返回到卡尔文循环中，不至于全部流失掉。即通过光呼吸回收了3/4的碳元素。(2)防止强光对叶绿体的破坏。在干旱天气和过强光照下，由于光反应速率大于暗反应速率，因此，叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，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ATP和NADPH，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。(3)消除乙醇酸对细胞的毒害。归纳总结光呼吸与暗呼吸的比较例3　植物叶肉细胞的叶绿体基质中有R酶，既能与CO2结合，催化CO2与C5反应生成C3，也能与O2结合，催化C5的分解。CO2和O2在与R酶结合时具有竞争性相互抑制(净光合速率＝光合作用产生有机物总量－细胞呼吸消耗有机物总量)。下列分析正确的是A.植物叶肉细胞内CO2的固定发生在叶绿体内膜上B.R酶催化CO2与C5反应时需要NADPH和ATPC.增大CO2浓度后，植物叶肉细胞内的C3/C5的值增大D.增大O2/CO2的值，有利于提高植物的净光合速率√例4　Rubisco是绿色植物光合作用过程中的关键酶，当CO2浓度较高时，该酶催化CO2与C5反应进行光合作用。当O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，最后在线粒体内生成CO2，植物这种在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。下列叙述错误的是A.绿色植物进行光呼吸的场所有叶绿体基质和线粒体B.植物光呼吸的进行导致光合作用产生的有机物减少C.光合作用过程中，CO2和C5反应需要消耗光反应产生的能量D.植物细胞呼吸产生CO2的场所为细胞质基质或线粒体基质√1.下列关于高粱和玉米叶的结构及其光合作用过程的叙述，正确的是①围绕着维管束鞘的叶肉细胞排列疏松　②叶肉细胞的叶绿体有正常的基粒　③NADPH储存了能量，并具有还原性　④CO2中的C首先转移到C4中，然后才转移到C3中　⑤光能转化为电能时，电子的最终受体是ATP和NADP＋A.①③⑤ B.②③④ C.②④⑤ D.①②③√12345跟踪训练612345跟踪训练62.景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(如图甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应(如图乙)。跟踪训练6下列关于这类植物的叙述，错误的是A.在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器 只有线粒体B.景天酸代谢(CAM)途径的出现，可能与 植物适应干旱条件有关C.给植物提供14C标记的14CO2,14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中D.若上午某一时刻，突然降低外界CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时 间内会降低√跟踪训练6跟踪训练63.如图为植物体内发生的光合作用和光呼吸的示意图，下列相关叙述正确的是A.光合作用过程中CO2在叶绿体类囊 体薄膜上被利用B.农业上，控制好大棚中O2和CO2含 量有利于农作物增产C.在高O2含量的环境中，植物不能进行光合作用D.将植物突然置于黑暗环境中，叶绿体中C5与C3间的转化不受影响√12345跟踪训练612345跟踪训练612345跟踪训练64.玉米叶片具有特殊的结构，其维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可以利用PEP羧化酶固定较低浓度的CO2，并转移到维管束鞘细胞中释放，参与光合作用的暗反应。据图分析，下列说法不正确的是12345跟踪训练6A.维管束鞘细胞的叶绿体能进行正常的光反应B.维管束鞘细胞中暗反应过程仍需要ATP和NADPHC.PEP羧化酶对环境中较低浓度的CO2具有富集作用D.玉米特殊的结构和功能，使其更适应高温干旱环境√12345跟踪训练612345跟踪训练612345跟踪训练5.光照条件下，给C3植物和C4植物叶片提供14CO2，然后检测叶片中的14C。下列有关检测结果的叙述，错误的是A.从C3植物的淀粉和C4植物的葡萄糖中可检测到14CB.从C3植物和C4植物呼吸过程产生的中间产物中可检测到14CC.随光照强度增加，从C4植物叶片中可检测到含14C的C4大量积累D.在C3植物叶肉组织和C4植物叶维管束鞘细胞的C3中可检测到14C6√跟踪训练6.(2024·太原高一期末)根据光合作用中植物固定CO2的方式，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。一些C4植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞都含有叶绿体，但后者的叶绿体缺乏基粒，两类细胞之间有大量的胞间连丝。叶肉细胞含磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)，该酶具有高CO2亲和力，可在低浓度CO2条件下高效固定CO2。 图甲是C3、C4途径示意图，图乙表示C4植物光合作用的部分反应过程。据图回答下列问题：123456跟踪训练(1)C4的还原需要的 NADPH来自叶肉细胞中叶绿体的____________(填场所)，NADPH在暗反应中的作用是________________________。(2)结合图甲分析，与C3途径相比，C4途径的特点有________________________(答出2 点)。类囊体薄膜提供能量并作为还原剂能富集CO2、需要PEPC等123456跟踪训练(3)据图乙分析，结构P为__________，叶肉细胞和维管束鞘细胞间具有大量该结构的意义主要是___________________。123456胞间连丝提高物质运输效率跟踪训练(4)已知高温、高光强会导致气孔导度减小，结合图甲、乙分析，在高温、高光强这种环境中，更适合生存的是________(填“C3 植物”或“C4植物”)，判断依据是_____________________________________________。123456C4植物 C4植物能够利用低浓度的CO2高效地进行光合作用