2023届高三生物二轮专题复习：微专题 C4、CAM、光呼吸、电子传递链

微专题四: C4途径、CAM途径 光呼吸、电子传递链 授课教师:盖海涛 一、C4 途径 玉米的叶肉细胞含有有类囊体的叶绿体,维管束鞘细胞含叶绿体结构不完整(无类囊体)。在其进行光合作用时,CO2中的碳首先转移到有机物C4中,该过程称为C4途径。C4在维管束鞘细胞中再释放出CO2,参与卡尔文循环。具体过程如图所示,其中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco。像玉米这样具有C4途径的植物称为C4植物,不具有C4途径的植物称为C3植物。 常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。 (1)C4植物中可固定CO2的物质是_,光反应主要发生在 (填“叶肉细胞”“维管束鞘细胞”或“叶肉细胞和维管束鞘细胞”)的叶绿体中。 答案:PEP、C5 (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,C4植物与C3植物相比,_植物的CO2补偿点较低,原因_。 答案:干旱条件下,气孔导度下降,CO2吸收减少,暗反应减弱,光合速率降低。 C4 C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco,因此可以将低浓度CO2固定成C4,C4释放出CO2用于卡尔文循环;而C3植物在低浓度CO2条件下不能生长 (3)科学家以14CO2为原料,通过放射性同位素标记法探明了玉米光合作用过程中CO2中碳的转移途径。请推测该科学探究的实验思路:_。 利用14CO2为原料培养玉米,培养一段时间后,检测含14C的物质。 若含有14C的物质不止一种,则需要缩短反应时间,直至反应中只出现一种含14C的物质,即为CO2中碳转移形成的第一种化合物。 然后依次延长反应时间,检测出形成的第二种化合物,第三种化合物等,从而探明玉米光合作用过程中CO2中碳的转移途径。 【典例】玉米是C4植物,通过C4途径固定CO2;水稻为C3植物,通过C3途径固定CO2。在玉米叶维管束的周围有两层细胞,内层细胞是鞘细胞,叶绿体中几乎无基粒;外层为叶肉细胞,叶绿体中有发达的基粒。甲图是C3、C4途径示意图,乙图为玉米在有光和黑暗条件下的CO2吸收速率。回答下列问题: 叶肉细胞的叶绿 体基粒(类囊体薄膜)上 (1)玉米叶片中光反应的场所是_ _。 (2)与C3途径相比,C4途径的特点有_ _(答出2点)。 (3)在暗期,玉米吸收的CO2并不能转化为糖类等光合产物,原因是_。 能富集CO2、 消耗ATP、由C4运载CO2、需要PEP羧化酶 暗期不进行光反应,缺少NADPH及ATP (4)PEP羧化酶(PEPC)是C4途径的关键酶,对CO2的亲和力高,C3植物缺少PEPC。胞内CO2浓度较低是限制C3植物光合速率的重要因素,请就改进C3植物、提高光合速率提出你的设想。 通过基因工程将PEPC基因导入C3植物 二、CAM途径 景天科植物夜间将吸收的CO2固定在苹果酸(C4)中,白天苹果酸分解释放CO2参与光合作用的过程。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。 1.羧化:夜晚气孔开放,吸收CO2,在PEP羧化酶作用下,被PEP固定为OAA(草酰乙酸,C4) 2.还原:OAA被NADH还原为苹果酸,储存在液泡中。 3.脱羧:白天气孔关闭,液泡中苹果酸运送到细胞质基质,在苹果酸脱羧酶作用下产生丙酮酸和CO2,丙酮酸转变为淀粉,CO2参与卡尔文循环。 4.再生:夜晚,淀粉分解产生磷酸丙糖,再生为PEP,参与下一次循环 CAM途径的意义: 白天气孔关闭,减少蒸腾作用,保持植物体内水分并分解苹果酸产生CO2进行光合作用; 夜晚开放气孔,吸收光合作用所需的二氧化碳,使植物适应炎热干旱环境。 CAM植物体内淀粉和液泡内pH的变化: 植物体在夜晚液泡内有机酸含量十分高,pH下降;而淀粉分解,最终转变成PEP,因此淀粉含量下降; 白天则相反,液泡内有机酸下降,pH上升,而糖分增多。 【典例】1.芦荟是一种经济价值很高的植物,可净化空气。芦荟夜晚气孔开放,通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸(C4H4O5),再将其转变成苹果酸(C4H6O5)储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡里的苹果酸转化并释放出CO2,CO2进入叶绿体通过卡尔文循环合成糖类。下列说法错误的是( ) A.夜晚气孔开放,芦荟能进行暗反应产生糖类 B.芦荟叶片进行光合作用所需CO2来自液泡中苹果酸和线粒体 C.芦荟叶片内CO2固定会产生两种不同的产物 D.芦荟可能原产于炎热干旱地区,其气孔在夜晚和白天开放度不同是对炎热干旱环境的适应 答案:A (2)白天进行光合作用所需CO2的来源是_ _,CO2在卡尔文循环中首先被固定为_。 2.以景天科植物为代表的多种植物,其体内具有特殊的CO2固定方式,即CAM途径又称为景天酸代谢途径。其过程为:夜晚气孔开放,在PEP羧化酶等酶催化作用下,通过一系列反应将CO2固定于苹果酸内,储存在液泡中