2024届高三生物二轮复习讲义7：C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型

主题突破练7 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 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.C4植物 名师解读 ①C4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)。 ③C4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。 [例1] (2022 全国甲卷,29)根据光合作用中CO2的固定方式不同,可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题: (1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的,光反应阶段的产物是_(答出3点即可)。 (2)正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位,原因是_ _ (答出1点即可)。 (3)干旱会导致气孔开度减小,研究发现在同等程度干旱条件下,C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析,可能的原因是_ _。 [练1] (2023 深圳市一调)有研究表明,大气中CO2浓度上升会促进C3植物(如小麦、水稻等)的光合速率,但对C4植物(如玉米、甘蔗等)的光合速率未产生明显的促进作用。当光照强度持续增加,C3植物光合速率不再增加,C4植物仍可增加。(注:光合作用时,CO2首先被固定在C4中,然后才转移到C3中,这类植物称为C4植物,二氧化碳直接固定在C3中的植物称为C3植物)。下图为C4植物光合作用过程示意图。回答下列问题。 (1)植物光合作用的光反应在叶肉细胞的_(具体部位)发生,产生的_(具体物质)为卡尔文循环提供能量。 (2)根据题干推测,在一般条件下,C4植物的CO2饱和点(光合速率不再随CO2增加而增加时的CO2浓度)_(填“大于”“等于”或“小于”)C3植物,其光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)_(填“大于”“等于”或“小于”)C3植物。 (3)大气中CO2浓度上升能够促进C3植物光合作用效率,但对C4植物无明显影响。据上图分析可能的原因是_ _。 (4)有人认为干旱环境对C4植物光合作用的影响比C3植物小,请设计实验验证这一结论,写出实验思路和预期结果(检测方法不做要求)。 实验思路:_ _。 预期结果:_ _。 2.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,贮存于液泡中;白天则气孔关闭,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。 [例2] (2021 全国乙卷,29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题: (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有_。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和_释放的CO2。 (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式,这种方式既能防止_,又能保证_正常进行。 (3)若以pH作为检测指标,请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果) [练2] (2023 广东梅州调研)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