2025届高三生物二轮复习教学设计微专题 光合作作用的特殊情境--CO₂浓缩机制

2025年“湘道杯”大赛 教学设计 人教版（2019）高中高三年级二轮复习微专题 光合作用的特殊情境——CO2浓缩机制 参赛人： 蒋云梅 学校名： 道县第二中学 2025高考二轮复习 课程基本信息 学科 生物学 年级 高三年级 学期 春季 课题 二轮复习微专题：光合作用的特殊情境--CO2 浓缩机制 教科书 书名：必修一《分子与细胞》教材 出版社：人民教育出版社 出版日期：2024年 教学目标 1、 从物质与能量视角，探索光合作用和呼吸作用，阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的变化。 2、 基于光合作用的学习，解决不同植物生产生活实践问题，指导农业生产。 3、 通过对材料的归纳分析，提高学生在面对高考题中复杂情境题的分析能力。 教学内容 教学重点： 1、 光合作用过程的复习。 2、 C4途径、CAM途径、光呼吸 教学难点： C4途径、CAM途径、光呼吸 教学过程 一、导入 建构细胞代谢知识网络 路径导引，规划实施，展示学习目标，明确学习内容。 1、 光合作用过程复习 【任务一】绘制光合作用过程图 学习小组点评组员绘制的光合作用过程图，并讨论光合作用的相关考点。 二、光合作用的特殊情境 【任务二】阅读资料，归纳总结 资料一：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，组成“花环型”结构(如图1)。植物只能短时间开放气孔，CO2的摄入量必然少。植物必须利用这少量的CO2进行光合作用，合成自身生长所需的物质。 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化合物通过胞间连丝进入维管束鞘细胞，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，并且不积存淀粉(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。 资料二：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；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。 总结： 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 与CO2结合的物质 最初CO2接受体 主要CO2固定酶 光反应的场所 卡尔文循环的场所 有无光合午休 资料三：蓝细菌的CO2浓缩机制 羧化体浓缩CO2的机制概括为：细胞吸收的HCO3-以及CO2进化后转换成的HCO3-都可以选择性的通过羧化体的蛋白质外壳进入羧化体中，然后在羧化体经碳酸酐酶催化转变为CO2,由于羧化体既能阻止O2进入，又能阻止CO2逸出，所以羧化体内CO2浓度很高，且无氧气竞争在羧化体内在Rubisco的催化下和RuBP反应形成三碳酸（3-PGA），完成CO2的固定。羧化体中产生的三碳酸（3-PGA）最终会排出羧化体外进入细胞质基质后再进行卡尔文循环。 资料四：光呼吸 1.光呼吸过程：光呼吸是植物的绿色细胞在光照条件下，吸收O2并放出CO2的过程。这一反应是在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体三种细胞器的协同参与下完成的。 2.光呼吸的生理作用：在高光强、高温、干旱和辐射环境条件下，植物发生气孔关闭，CO2不能进入叶肉细胞，会导致光抑制。此时，植物通过光呼吸释放CO2，消耗多余的能量，减少活性氧产生，对光合器官起保护作用，避免产生光抑制。通过光呼吸可收回75%的碳，避免有氧呼吸中碳的过度损失。光呼吸可能为光合作用过程提供磷或参与某些蛋白质的合成过程。但较强的光呼吸对于光合作用产物的积累是很不利的，比如水稻、小麦等C3植物光呼吸显著，通过光呼吸可耗损光合作用新形成有机物的25%。 总结：1、光呼吸与细胞呼吸的区别 比较项目 光呼吸 暗呼吸(有氧呼吸) 底物 乙醇酸 发生部位 反应条件 能量 共同点 2、光呼吸存在的意义和危害 三、2025高考考法预测： 光呼吸是植物的绿色部分在光照条件下消耗氧气并释放CO2的过程，会导致光合作用减弱、作物减产。研究人员为获得光诱导型高产水稻，在其叶绿体内构建一条光呼吸支路(GMA途径)如图1中虚线框内所示。 (1)图1所示光呼吸过程中，O2与CO2竞争结合_____,抑制了光合作用中的______阶段。同时乙醇酸从叶绿体进入过氧化物酶体在 酶的参与下进行代谢，造成碳流失进而导致水稻减产。 (2)卡尔文循环过程中发生的物质或能量转变是_____ A.光能→电能→ATP、NADPH B.ATP、NADPH→糖类 C.糖类→ATP→电子传递链→ATP D.乙酰辅酶A→NADH→ATP (3)在光照条件下图1所在细胞产生CO2的途经有_____。 (编号选填) ①线粒体中甘氨酸分解 ②细胞呼吸过程 ③叶绿体中丙酮酸分解 （4）研究人员将外源G酶、A酶和M酶的基因导入水稻细胞，使其在光诱导下表达，并在叶绿体中发挥作用。检测发现，转基因水稻的净光合速率、植株干重等方面均高于对照组。 可利用图2所示模型解释其原因，但图中编号所示存在两处错误，请指出错误编号并改正 （5）在转基因水稻的叶肉细胞中会发生的是_____（编号选填） ①RNA合成②蛋白质合成③染色质螺旋化为染色体 ④着丝粒分裂⑤同源染色体分离 研究人员测定了一天中早8点至晚18点时间段转基因水稻叶片中外源G酶基因的表达量，以及G酶总表达量随时间的变化情况(如图)。 (6)外源G酶基因表达量与PFD(代表光合有效光辐射强度)大致呈正相关，在13-14时明显下降，由此推测外源G酶基因表达除光强外，还可能受___等因素的影响。(编号选填) ①温度 ②CO2浓度 ③气孔导度 (7)据图推测13时转基因水稻__ 。 A.内源G酶表达量显著升高 B.乙醛酸转变为甘氨酸增多 C.消耗氧气增多 D.光呼吸增 (8)茎中光合产物的堆积会降低水稻结实率而减产，而本研究中GMA途径的改造并未降低水稻的结实率。结合上述研究将以下说法排序成合理解释：尽管GMA途径促进叶片产生较多光合产物→____→____→____水稻茎中有机物不至于过度堆积而保证结实率。 A.光呼吸增强使得光合产物未爆发式增加 B.光合产物可以及时运输到籽粒 C.G酶表达量的动态变化，使中午进入GMA途径的乙醇酸未显著增加 4、 课后作业： 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) 1 学科网（北京）股份有限公司 $$