2025届高三生物一轮复习课件微专题6 光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型

微专题6　 光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型 考点一 C4植物和C3植物 1.C3植物和C4植物的含义 根据光合作用碳元素同化的最初光合产物(三碳化合物、四碳化合物)的不同，把高等植物分成C3、C4植物两类，常见的C4植物有甘蔗、玉米、高粱等。 C3途径：也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。 考点一 C4植物和C3植物 2.光合作用C4途径产生的原因 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。 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(对CO2有很强的亲和力)，可把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。 C4途径 C3途径 考点一 C4植物和C3植物 3.C3和C4植物光合用途径的比较 项目 CO2受体 CO2固定后产物 CO2固定场所 光反应场所 暗反应场所 C3植物 C4植物 C5(RuBP) PEP(C3) C5(RuBP) C3(PGA) OAA(C4) C3 (PGA) 叶肉细胞叶绿体基质 叶肉细胞细胞质基质、维管束鞘细胞叶绿体基质 叶肉细胞叶绿体基粒 叶肉细胞叶绿体基粒 叶肉细胞叶绿体基质 维管束鞘细胞叶绿体基质 考点二 CAM植物 1.CAM途径的含义 景天科植物夜间将吸收的CO2固定在苹果酸(C4)中，白天苹果酸分解释放CO2参与光合作用的过程。 2.CAM途径过程图解 考点二 CAM植物 3.CAM途径的意义 白天气孔关闭，减少蒸腾作用，保持植物体内水分并分解苹果酸产生CO2进行光合作用；夜晚开放气孔，吸收光合作用所需的CO2，使植物适应高温干旱环境。 练习： 高温、干旱和强光等非生物胁迫是影响植物光合作用的主要因素，自然界的植物丰富多样，对环境的适应也有差异；自卡尔文发现光合作用中碳元素的行踪后，又有科学家发现碳元素行踪的其他路径。请据图回答下列问题。 (1)图中是C4植物和CAM植物利用CO2途径的示意图，由图可知，C4植物进行CO2的固定的场所有是 （填具体场所），而CAM植物是在不进行CO2固定的场所是 （填具体场所）。两种植物固定CO2的酶比C3植物多一种__________酶，从该酶功能的角度推测这两类植物更能适应高温、干旱的环境的原因是____________________________________________。 (4)典型的CAM植物如仙人掌在夜晚吸收的CO2不能立即用于C3途径，可能的原因是________________________________________________________________________________________。 叶肉细胞细胞质基质和维管束鞘细胞叶绿体基质 叶肉细胞细胞质基质和叶绿体基质 PEP羧化 该酶与CO2的亲和力高于Rubisco 没有光照无法进行光反应，无法为暗反应提供充足的ATP和NADPH 练习： (2023·湖南卷，17)下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L－1(Km越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)玉米的卡尔文循环中笫一个光合还原产物是______________(填具体名称)，该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成_____(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过____________长距离运输到其他组织器官。 3－磷酸甘油醛 蔗糖 韧皮部 (2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度________(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是____________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ (答出三点即可)。 高于 玉米PEPC对CO2的亲和力大，利用低浓度CO2能力强；维管束鞘细胞中O2含量低，光呼吸弱；玉米叶肉细胞中的PEP与CO2反应生成C4，C4进入维管束鞘细胞后释放CO2，使CO2得到浓缩，保障了暗反应的进行 (3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是_______________________________________________________ ______________________________________________________(答出三点即可)。 稻的光反应强度不再增加；叶绿体内固定CO2的Rubisco酶水的量有限；同化产物转运能力不强 考点三 光呼吸 1.光呼吸的发现 1955年科学家德柯尔用红外线气体分析仪测定烟草光合速率时发现正在进行光合作用的烟草叶片在光照停止后会快速释放CO2，这种现象称为“二氧化碳的猝发” C表示只有光下才有的呼吸速率。即光呼吸现象。 考点三 光呼吸 2.光呼吸的起因 卡尔文循环中CO2固定的酶(Rubisco)具有两双功能。 Rubisco即RuBP羧化加氧酶。 ①高CO2浓度、低O2时，进行羧化。 C5+CO2 2C3 Rubisco C3进入卡尔文循环 ②低CO2浓度、高O2时，进行加氧。 C5+O2 C2+C3 Rubisco C3进入卡尔文循环 C2进入光呼吸 高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。 线粒体 3.光呼吸的过程 考点三 光呼吸 4.光呼吸与有氧呼吸的比较 考点三 光呼吸 项目 光呼吸 有氧呼吸 与光的关系 只在光下进行 光下、黑暗中都可进行 反应条件 光照、高O2、低CO2环境 O2 底物 C5化合物和O2 通常是葡萄糖、H2O和O2 产物 CO2 CO2和水 发生部位 叶绿体、线粒体 细胞质基质、线粒体 考点四 光抑制 当光能过剩时，叶肉细胞内因NADP+不足，e-传递给O2，从而生成超氧阴离子自由基(O2-)等一系列光有毒物质，破坏PSⅡ中叶绿素及D1蛋白，光合速率下降，这种现象称为光抑制。 练习：当光照过强，植物吸收的光能超过光合作用所能利用的量时，引起光能转化效率下降的现象称为光抑制。光抑制主要发生在PSⅡ，PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，能将水分解为O2和H+并释放电子。电子积累过多会产生活性氧使PSⅡ变性失活，使光合速率下降。中国科学院研究人员利用能接收电子的人工电子梭（铁氰化钾）有效解除微藻的光抑制现象，实验结果如图1所示。光合作用中的Rubisco酶是一个双功能酶，在阳光下，它既能催化RuBP与CO2的羧化反应进行光合作用，又能催化RuBP与O2的加氧反应进行光呼吸（如图2）。据图回答下列问题： (1)叶绿体中光合色素的作用是                      。简述铁氰化钾能有效解除光抑制的原理                      。 (2)图1中光照强度较低时两条曲线重合，原因是             。请结合题干信息再提出一条降低光抑制的措施        。 吸收、传递、转化光能 电子积累过多产生的活性氧使PSII变性失活，而铁氰化钾可以接收电子，减少电子的积累 光抑制发生的条件是光照强度过高，当光照强度较低时不会产生光抑制现象 对植物进行适当遮光 练习：当光照过强，植物吸收的光能超过光合作用所能利用的量时，引起光能转化效率下降的现象称为光抑制。光抑制主要发生在PSⅡ，PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，能将水分解为O2和H+并释放电子。电子积累过多会产生活性氧使PSⅡ变性失活，使光合速率下降。中国科学院研究人员利用能接收电子的人工电子梭（铁氰化钾）有效解除微藻的光抑制现象，实验结果如图1所示。光合作用中的Rubisco酶是一个双功能酶，在阳光下，它既能催化RuBP与CO2的羧化反应进行光合作用，又能催化RuBP与O2的加氧反应进行光呼吸（如图2）。据图回答下列问题： (3)分析图2可知，Rubisco酶分布在           （填具体场所）。当CO2浓度较低而O2浓度较高时，光呼吸会产生大量的CO2，这会          （填“促进”或“抑制”）光呼吸。 (4)与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”。从反应条件的角度分析光呼吸与暗呼吸的不同 。 叶绿体基质 抑制 光呼吸需要光，而暗呼吸则可以在有光或无光的情况下进行 $$