专题二 层级Ⅲ 由“C4植物和光呼吸”等一些特例，提升迁移应用能力(自修课)（课件PPT）-【新高考方案】2024年高考生物二轮复习专题增分方略（老教材）

由“C4植物和光呼吸”等一些特例， 提升迁移应用能力(自修课) 课题价值 (1)本课题通过对特殊光合作用过程和光呼吸的探究学习，旨在提升学生的知识迁移、发散思维和运用所学解答实际情境问题的能力。 (2)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地围绕C4植物、光呼吸等特殊过程进行考查。 探究路径(一)　C4植物的CO2浓缩机制 01 02 目 录 探究路径(二)　蓝藻的CO2浓缩机制 03 探究路径(三)　景天科植物的CO2固定 04 探究路径(四)　光呼吸与CO2固定 3 探究路径(一)　C4植物的 CO2浓缩机制 情境素材　玉米、甘蔗等起源于热带的植物，其叶肉细胞的叶绿体内，在有关酶的催化作用下，CO2首先被一种三碳化合物[磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)]固定，形成一个四碳化合物(C4)。C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中，释放出一个CO2，并形成另一种三碳化合物——丙酮酸。释放出来的CO2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，在有关酶的催化下，通过ATP提供的能量，转化成PEP，继续固定CO2，具体过程如下图所示。这种以四碳化合物(C4)为光合最初产物的途径称为C4途径， 而卡尔文循环这种以三碳化合物(C3)为光合最初产物的途径则称为C3途径。相应的植物被称为C4植物和C3植物。 注：维管束主要作用是为植物体输导水分、无机盐和有机养料等。 热带植物为了防止水分过度蒸发，常常关闭叶片上的气孔，这样空气中的CO2就不易进入叶肉细胞，不能满足光合作用对CO2的需求。而C4途径中能固定CO2的那种酶对CO2有很高的亲和力，使叶肉细胞能有效地固定和浓缩CO2，供维管束鞘细胞中叶绿体内的C3途径利用。 [问题探究] 1．C4植物光反应和CO2固定发生在哪些场所？ 提示：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和维管束鞘细胞中。 2．科学家用含14C标记的CO2来追踪玉米光合作用中的碳原子的转移途径，请表示这种碳原子的转移途径。 提示：CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)。 3．与水稻、小麦等C3植物相比，C4植物的CO2的补偿点较________。高温、干旱时C4植物还能保持高效光合作用的原因是什么？ 提示：低　PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，C4植物可利用低浓度的CO2进行光合作用。 探究路径(二)　蓝藻的CO2浓缩机制 情境素材　蓝藻具有CO2浓缩机制，如下图所示。 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散 [问题探究] 1．CO2依次以__________和_________方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝藻的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进__________。 2．向烟草内转入蓝藻Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝藻羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的_______中观察到羧化体。 自由扩散 主动运输 CO2固定 叶绿体 3．研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HCO和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上该转基因植株暗反应水平应______，光反应水平应______，从而提高光合速率。(填“提高”或“降低”) 提高 提高 探究路径(三)　景天科植物的 CO2固定 情境素材　景天科酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式，在夜间，大气中CO2从气孔进入，被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化，与PEP结合形成草酰乙酸(OAA)，再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸，贮存于液泡中。在白天，苹果酸从液泡中释放出来，经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸，CO2产生后用于卡尔文循环，作用机制如图所示(该机制也称CAM途径)。 [问题探究] 1．从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是_________的结果。夜晚，该类植物吸收的CO2 _____ (填“能”或“不能”)合成葡萄糖，原因是__________________________________。 2．如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率变化是_________ (填“增加”“降低”或“基本不变”)。 3．分析图中信息推测，CAM途径是对_____ (填“干旱”或“湿润”)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____________________________________________。 自然选择 不能 没有光反应为暗反应提供ATP和[H] 基本不变 干旱 有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失 探究路径(四)　光呼吸与CO2固定 情境素材　光呼吸现象产生的分子