5.4 光合作用与能量转化（第4课时）（教学课件）-2024-2025学年高一生物上学期同步优质教学课件（人教版2019必修1）

第4节 光合作用与能量转化（第4课时）C3、C4、CAM植物、光呼吸 高中生物学 第五章 细胞的能量供应和利用 人教版 2019 目录 课堂小结 04 课堂练习 情境导入 02 03 素养目标 01 05 探究新知 一、C3、C4、CAM植物 二、光呼吸 一、C3、C4、CAM植物 根据植物光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同，划分为C3、C4、CAM植物三种类型。 一、C3、C4、CAM植物 C3 植物 1 如：水稻、小麦、棉花、大豆等大多数植物。 1.C3途径——卡尔文循环 C3植物CO2固定的最初产物是三碳化合物，这种反应途径称为C3途径。 2.C4途径——将CO2固定为C4化合物 一、C3、C4、CAM植物 C4 植物 2 如：如甘蔗、玉米、高粱等。 C4植物固定CO2最初产物是四碳化合物，这种途径为C4途径。 特点:“花环型”结构。 ①维管束鞘细胞含有叶绿体，无类囊体，有Rubisco，无法进行光反应； ②叶肉细胞的叶绿体：有类囊体，无Rubisco，无法进行暗反应。 C4植物的叶片结构 一、C3、C4、CAM植物 C4 植物 2 CO2浓度低 胞间连丝 PEP酶固定CO2的能力更强，能利用低浓度的CO2，被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，适应高温、光照强烈、干旱条件。并且无光合午休现象。 优势: 一、C3、C4、CAM植物 CAM植物（景天酸代谢途径） 3 3.CAM途径——将CO2固定为C4化合物 CAM途径是一种C4途径。 也是一种CO2浓缩的途径。 CAM植物主要是生活在干旱地区的植物，如:菠萝、龙舌兰、仙人掌和兰花等。 ①晚上：气孔开放吸收CO2，利用吸收的CO2和呼吸产生的CO2与C3形成C4，储存在液泡中。 ②白天：气孔关闭或气孔开度小，储存在液泡中的C4释放出来，形成C3和CO2，CO2进入叶绿体参与卡尔文循环，合成有机物。 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PEP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； 白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。 一、C3、C4、CAM植物 CAM植物（景天酸代谢途径） 3 3.CAM途径——将CO2固定为C4化合物 C3植物 C4植物 CAM植物 一、C3、C4、CAM植物 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 CO2受体 CO2固定后产物 CO2固定酶 CO2固定途径 C3途径(卡尔文循环) CO2固定的时间 光反应的场所 卡尔文循环的场所 有无光合午休 有 1.无论是哪种植物，最终都是通过卡尔文循环来产生光合产物。 2.C4植物和CAM植物只是在C3途径前增加了C4途径，由于C4途径可以利用低CO2浓度，因此，C4途径是后来逐渐进化而来的。 3.C4植物和CAM植物都要进行C4途径和C3途径，C4植物是在不同空间里分别进行C3途径和C4途径，而CAM植物是在不同时间里分别进行C3途径和C4途径。 一、C3、C4、CAM植物 RuBP(C5) PEP、C5 PEP、C5 C3 C4和C3 C4和C3 RuBP羧化酶 PEP羧化酶、RuBP羧化酶 PEP羧化酶、RuBP羧化酶 不同空间内分别进行C3途径和C4途径 不同时间下分别进行C3途径和C4途径 白天 白天 夜晚和白天 叶肉细胞类囊体薄膜 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 无 无 二、光呼吸 1.光呼吸定义 光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下，吸收O2并放出CO2的过程。 2.光呼吸的起因 ①卡尔文循环中CO2固定的酶(Rubisco)具有两面性(或双功能) ②Rubisco即RuBP羧化加氧酶 a.高CO2浓度、低O2时，进行羧化 C5+CO2 2C3 Rubisco b.低CO2浓度、高O2时，进行加氧 C5+O2 C2+C3 Rubisco 2C2+O2 C3+CO2 ATP、[H] 酶 二、光呼吸 光呼吸的定义和起因 1 ①叶绿体中，RuBP羧化酶把RuBP 氧化成磷酸乙醇酸，后者在磷酸酶的作用过氧化下产生乙醇酸。 ②过氧化物酶体中，乙醇酸在乙醇酸氧化酶下氧化为乙醛酸和H2O2。H2O2在过氧化氢酶作用下放出氧气；乙醛酸在转氨酶的作用下转变为甘氨酸。 ③线粒体中， 两分子甘氨酸转变为丝氨酸并释放 CO2。丝氨酸线粒体酸再进入过氧化物酶体，经转氨酶的催化，形成羟基丙酮酸。然后还原为甘油酸。 ④甘油酸在叶绿体内经过甘油酸激酶的磷酸化，产生3-磷酸甘油酸，参加卡尔文循环。 二、光呼吸 光呼吸过程图解 2 3.光呼吸的危害 ①如果在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。 ②光呼吸过程中消耗了ATP和还原氢，即造成了能量的损耗。 4.光呼吸的意义 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COz，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。 二、光呼吸 光呼吸的危害和意义 3 5.光呼吸与细胞呼吸的比较 比较项目 光呼吸 细胞呼吸 底物 C2化合物 糖类等有机物 发生部位 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 细胞质基质、线粒体 反应条件 光照 光或暗都可以 能量 消耗能量 产生能量 共同点 消耗O2、释放CO2 二、光呼吸 光呼吸的危害和意义 3 1.研究发现，玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环（固定CO2的初产物为C3，简称C3途径）外，还有另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物为C4，简称C4途径，这种植物为C4植物，其固定CO2的途径如下图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍。下列有关叙述错误的是（ ） A．图中CO2进入叶肉细胞被固定的最初产物是草酰乙酸 B．高温条件下，C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭 C．低浓度CO2条件下，C4植物可能比C3植物生长得好 D．苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞 B 课堂练习 因为有PEP羧化酶 对CO2的亲和力高 2.绿色植物在进行光合作用时会同时伴随发生一种消耗能量、吸收和释放CO2的现象，被称为光呼吸。下图为光呼吸的关系示意图。下列有关说法错误的是（ 　　） A．光呼吸吸收O2、释放CO2的场所分别是叶绿体、线粒体 B．在光照条件下，若叶肉细胞中O2含量下降、CO2含量升高，会促进光呼吸 C．温室栽培蔬菜时可通过增施有机肥减少光呼吸对光合产物的损耗 D．干旱高温等逆境条件下，植物的光呼吸会增强  B 课堂练习 O2含量升高、CO2含量降低 谢谢您的聆听 人教版 2019 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$