热点02 C3植物、C4植物和CAM植物的光合作用-2024年高考生物【热点·重点·难点】专练（新高考专用）

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、干燥环境中，植物会减产；玉米、甘蔗等植物是植物，体内有特殊的结构，能够适应高温、干燥环境。右图为某植物的暗反应过程（包括途径和 途径）。 命题点：考查C3与C4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C3与C4途径，要求考生依据图形，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，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，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，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”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植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C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。 3．CAM途径：CAM植物夜间吸进CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，CO2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CO2，进入C3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，进一步氧化释放CO2，又可进入C3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CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。 4．C3植物、C4植物和CAM植物的比较 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 与CO2结合的物质 RuBP(C5) PEP PEP CO2固定的最初产物 C3 C4 草酰乙酸 CO2固定的时间 白天 白天 夜晚和白天 光反应的场所 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜 卡尔文循环的场所 叶肉细胞的叶绿体基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的叶绿体基质 有无光合午休 有 无 无 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。 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C3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)C3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。 (3)图2是C4植物和CAM植物利用CO2途径的示意图。据图分析，这两类植物固定CO2的酶比C3植物多一种 酶，该酶比Rubisco对CO2的亲和力大且不与O2亲和，具有该酶的植物更能适应 的环境。 (4)由图2可知，C4植物是在不同 进行CO2的固定，而CAM植物是在不同 进行CO2固定。典型的CAM植物如仙人掌在夜晚吸收的CO2能否立即用于C3途径? （填“能”或“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 O2使水体的溶解氧处于饱和状态。此时水体中的CO2被大量消耗，会诱导海菜花启动 C4 代谢途径，过程如图所示。在低CO2和高O2情况下，Ru