第4.3讲 光合作用-【拾遗补缺】备战2024年高考生物一轮复习知识清单速记与精练（江苏专用）

第4.3讲 光合作用 四、光合作用 1．光反应 叶绿体中有两类光系统，分别是光系统I和光系统II，光系统I作用中心的叶绿素a称为P700其光吸收高峰在700nm，在红光区。光系统II作用中心内的叶绿素a称为P680，其光吸收高峰在680，偏向黄橙光。 2．C3植物、C4植物和CAM植物 （1）C4途径的反应 （2）C3 和C4植物 图示为C4基本途径和C3途径 在C4植物叶肉细胞内，一个CO2分子首先被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)固定，形成一个苹果酸分子(C4)。苹果酸进入维管束鞘细胞的线粒体中，释放出一个CO2，并且形成一分子丙酮酸。释放出来的CO2可进入卡尔文循环，丙酮酸则再次进入叶肉细胞中的叶绿体内，消耗ATP转化成PEP，PEP则可以继续固定CO2。C4途径中的PEP羧化酶与亲和力是C3途径中RuBP羧化酶的60倍。C4途径相当于一种CO2泵，能把进入叶肉细胞的CO2不断泵入维管束鞘细胞，在提高维管束鞘细胞中CO2浓度的同时抑制光呼吸。在炎热干燥的气候条件下，C4植物光合作用的效率高于C3植物。 （3）CMA植物 景天科、仙人掌科等植物，夜间固定CO2产生有机酸，白天有机酸脱羧释放出CO2，进入卡尔文循环，与此过程中有机酸合成日变化有关的光合碳代谢途径称为CAM途径。具有CAM途径的植物称为CAM植物，其主要生活在干旱少雨环境下，具有厚表皮、大液泡等特点，常见的有菠萝、剑麻、兰花、百合、仙人掌等。CAM植物只有在夜间才开放气孔，吸入的CO2在PEP羧化酶催化下直接与磷酸烯醇式丙酮酸结合生成草酰乙酸(C4)。草酰乙酸在酶的作用下还原为苹果酸(C4),并储存在液泡中。CAM植物在白天因防止蒸腾作用过强，气孔不开放，贮存在液泡中的苹果酸可产生一分子CO2和一分子丙酮酸，产生的CO2参与卡尔文循环(下图)。 CAM植物与C4植物中CO2都是先经C4途径，再由C3途径被固定成糖的。它们之间的主要区别是：CAM植物中CO2固定和糖的合成发生在同一个细胞内，但时间错开；而C4植物中这些过程发生在同一时间，但空间错开(下图)。两类植物都适合生活于热带地区，它们分别通过调整叶片结构和修饰光合作用的化学反应，增加局部CO2的量来确保光合作用的同时避免光呼吸的发生。 2．光呼吸 （1）光呼吸是植物细胞依赖光照，吸收O2并放出CO2的过程。 （2）光呼吸与光合作用的关系如下图所示。 （3）RuBP羧化酶是双功能酶，既可催化RuBP的羧化反应，又可催化RuBP的氧化反应。O2是羧化反应的竞争性抑制剂，CO2是氧化反应的竞争性抑制剂。RuBP羧化酶处于光合碳还原和光合碳氧化两个方向相反但又相互连锁的循环反应交叉点上，RuBP 羧化酶催化的羧化反应和氧化反应的相对速率完全取决于CO2和O2的相对浓度。RuBP羧化酶对RuBP的两种作用如下图所示。 （4）光呼吸的生理功能 ①减少光抑制。在高光强、高温、干旱环境下，植物气孔关闭，CO2不能进入叶肉细胞，会导致光抑制。此时，植物的光呼吸释放CO2,消耗多余的能量，减少活性氧的产生，对光合器官起保护作用。 ②在有氧条件下避免损失过多的碳。光呼吸虽然损失一些有机碳，但通过C2循环可以弥补一些损失的碳。 ③光呼吸代谢中涉及多种氨基酸的转变，这对细胞的氮代谢有利。 ④光呼吸可以为光合作用提供磷，参与某些蛋白的合成过程。 五、教材拾遗 1．破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，该菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌容易大量繁殖。 2．松土可以增加土壤的透气性，促进根细胞的有氧呼吸，利于根细胞对矿质离子的吸收，促进土壤中枯枝落叶、动物遗体和粪便等有机物的分解，利于农作物生长。松土还促进了土壤微生物的有氧呼吸，增加了二氧化碳的排放，从而使温室效应和全球气候变暖等问题更严重；松土容易造成水土流失，可能成为沙尘暴的一种诱发因素。 3．一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，而不吸收红光。 4．光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖，蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。C3指三碳化合物—3－磷酸甘油酸，C5指五碳化合物—核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。 5．少数种类的细菌，细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是却能利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。例如，生活在土壤中的硝化细菌能将土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2)，进而将亚硝酸氧化成硝酸(HNO3)。这两个化学反应中释放出的化学能，就被硝化细菌用来将二氧化碳和水合成糖类。这些糖类就可以供硝化细菌维持自身的生命活动，这个过程称为化能合成作用。 6．夏季晴朗的白天，中午光合速率下降的原因是光照过强、温度过高，有些植物为了减少水分的散失会关闭部分气孔，导致CO2供应不足，