专题2 微点突破(4) C4途径-【步步高】2024年高考生物大二轮专题复习与增分策略（新高考，浙江专用）

C4途径 1．光合作用C4途径基本概念 C4途径是有一些植物对外界吸收的CO2的固定反应是在叶肉细胞的胞质溶胶中进行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下将CO2连接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上，形成四碳酸：草酰乙酸(OAA)，这种固定CO2的方式称为C4途径。C4植物每同化1分子CO2，需要消耗5分子ATP和2分子NADPH。 2．光合作用C4途径过程图解 3．光合作用C4途径产生的原因 因为C4植物中含有能固定CO2为C4的相关酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，简称为PEP羧化酶(与CO2有很强的亲和力)，可促使PEP把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。C4植物这种独特的作用，被形象地比喻成“二氧化碳泵”。 4．C3植物和C4植物 人们根据光合作用碳素同化的最初光合产物的不同，把高等植物分成两类： (1)C3植物：这类植物的最初产物是三碳酸(三碳化合物)，这种反应途径称为C3途径，如水稻、小麦、棉花、大豆等大多数植物。 (2)C4植物：这类植物以草酰乙酸(四碳化合物)为最初产物，所以称这种途径为C4途径，如甘蔗、玉米、高粱等。 1．玉米是C4植物，由于叶肉细胞中含有PEP羧化酶(“CO2泵”)，对CO2的亲和力很强，可以把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。如图1、2是某兴趣小组对影响光合速率的因素的研究结果。 据图回答下列相关问题： (1)图1实验的自变量为_________________，无关变量为____________________。 (2)光强度为P时，植物细胞中可以产生ATP的细胞器有____________________，该实验条件下叶绿体固定的CO2来源是______________________(场所)，小麦植株的CO2固定速率____________________(填“小于”“大于”或“等于”)玉米植株的CO2固定速率，判断依据是____________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)由图 2 可知，在胞间 CO2浓度较低时(A点之前)，玉米比小麦的光合作用强度高，原因是_____________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 一般来说，玉米CO2补偿点和CO2饱和点均______________(填“高于”“等于”或“低于”)小麦。 (4)玉米植株叶片细胞内的叶绿体有两种类型，其中叶肉细胞内的叶绿体具有基粒和基质，而维管束鞘细胞内的叶绿体只有基质，没有基粒。由此可知，光合作用的光反应发生于玉米叶片的____________________(填“叶肉和维管束鞘”“维管束鞘”或“叶肉”)细胞中。 答案　(1)光强度、植物种类　温度、水分及矿质元素等　(2)线粒体和叶绿体　线粒体、外界环境 大于　光强度为P时，两种植株的净光合速率相等，但小麦植株的呼吸速率大于玉米植株的呼吸速率　(3)玉米叶肉细胞中有PEP羧化酶(或“CO2泵”)，而小麦没有，所以玉米对CO2的亲和力更强，能更有效地利用低浓度的CO2进行光合作用　低于　(4)叶肉 解析　(1)图1中自变量是光强度和植物种类，因变量是CO2吸收速率，其余指标是无关变量，例如，温度、水分及矿质元素等。(2)光强度为P时，植物细胞可以进行光合作用和细胞呼吸，所以产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体；此时光合作用大于呼吸作用，所以叶绿体中CO2的来源有线粒体和外界环境；CO2的固定速率表示总光合速率，总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率，在P点时玉米和小麦的CO2吸收速率相等，即净光合速率相等，但小麦的呼吸速率大于玉米，所以此时小麦植株的CO2固定速率大于玉米植株的CO2固定速率。(3)根据题干信息“C4植物由于叶肉细胞中含有PEP羧化酶(“CO2泵”)，对CO2的亲和力很强，可以把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来”，所以胞间CO2浓度低时玉米比小麦的光合作用强度高，原因是玉米叶肉细胞中有PEP羧化酶(或“CO2泵”)，而小麦没有，所以玉米对CO2的亲和力更强，能更有效地利用低浓度的CO2进行光合作用；由图2可知，玉米CO2补偿点和CO2饱和点均低于小麦。(4)光合作用的光反应发生在基粒中，碳反应发生在基质中，由于叶肉细胞内的叶绿体具有基粒和基质，而维管束鞘细胞内的叶绿体只有基质，没有基粒，所以玉米叶片中只有叶肉细胞可以发生光反应。 2．A、B植物分别可以利用如图1所示的两种不同途径来固定空气中的CO2。途径二的植物的维管束周围有两层细胞，内层细胞是鞘细胞，其内的叶绿体中几乎无基粒(或没有发育良好的基粒)；外层为叶肉细胞，PEP羧化酶能固定极低浓度的CO2，其内的叶绿体中有发达的基粒。回答下列问题： (1)A植物最可能利用途径________进行光合作用，叶肉细胞与鞘细胞之间的胞间连丝比较发达，可能有利于________________________，夜间A植物的叶肉细胞从外界吸收一部分CO2，但不合成有机物，结合光合作用过程，分析其原因是_________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)在夏季晴朗的白天，A和B植物的光合作用强度的变化曲线如图2所示，由此推测PEP羧化酶对CO2的亲和力比RuBP羧化酶高，推测依据是_______________________________ ________________________________________________________________________。 (3)经测量A植物的光合色素含量低于B植物，若在适宜的条件下分别测定A、B植物的光饱和点，可通过测定__________________________________氧气的释放量最大值时的光强度得到，结果A植物的光饱和点________(填“大于”或“小于”)B植物，据图推测原因可能是在碳反应中_____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)A植物具有较高的CO2同化能力和光合作用效率，B植物基因组中也含有编码A植物光合途径关键酶和转运蛋白的同源基因，但与B植物相比，A植物光合途径关键酶对光照和CO2等其他外界环境因素更加________(填“敏感”或“迟钝”)。 (5)图2中A植物和B植物的光反应分别主要发生在________________________(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，它能够为卡尔文循环中三碳酸还原提供__________________。各取A、B植物的一片正常叶片，脱色处理后滴加碘液，做叶片的横切面装片，放在显微镜下观察，发现A植物叶肉细胞不变蓝而B植物叶肉细胞变蓝，原因是________________________________________________________________。 (6)晴天中午B植物的CO2吸收速率比CO2消耗速率小，原因是_______________________。 答案　(1)二　进行物质运输和信息交流　夜间不能进行光反应，缺少NADPH和ATP，不能还原三碳酸生成有机物　(2)在中午气孔部分关闭(或气孔导度减小)的情况下，A植物光合作用强度比B植物高　(3)单位时间单位叶面积　大于　A植物固定CO2的能力大于B植物，因而具有更高的光能利用率　(4)敏感　 (5)叶肉细胞、叶肉细胞　ATP和NADPH　A植物叶肉细胞中不能进行卡尔文循环不能产生淀粉，而B植物叶肉细胞能进行卡尔文循环从而产生淀粉　(6)植物细胞呼吸产生的CO2用于光合作用 解析　(1)由图1可知，途径一是C3途径，中午气孔部分关闭，有“午休”现象，途径二是C4途径，无“午休”现象，由图2可知，A植物无“午休”现象，故利用的是途径二；胞间连丝的作用是进行物质运输和信息交流；光合作用分为光反应和碳反应两个阶段，夜间A植物的叶肉细胞从外界吸收一部分CO2，光反应因无光不能进行，缺少NADPH和ATP，不能还原三碳酸生成有机物。(2)在夏季晴朗的白天，中午会有气孔部分关闭现象，A植物光合作用强度比B植物高，A植物的碳反应受影响小，根据图1的循环过程，推测PEP羧化酶对CO2的亲和力比RuBP羧化酶高。(5)两种途径的光反应都是在叶肉细胞的叶绿体中进行的，为碳反应提供ATP和NADPH；A植物叶肉细胞中不能进行卡尔文循环，不能产生淀粉，而B植物叶肉细胞能进行卡尔文循环，从而产生淀粉，滴加碘液后，A植物叶肉细胞不变蓝而B植物叶肉细胞变蓝。(6)晴天中午B植物气孔部分关闭，CO2吸收率低，植物细胞呼吸产生的CO2用于光合作用，所以B植物的CO2吸收速率比CO2消耗速率小。 学科网（北京）股份有限公司 $$