2025届高三生物一轮复习课件提升点3光呼吸、C4等特殊代谢类型

提升点3 光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 一、光呼吸 光呼吸是指绿色植物在光照情况下吸收O2，将叶绿体中的C5分解产生CO2的过程。光呼吸是一个“耗能浪费”的生理过程，因此，抑制植物的光呼吸可实现农作物的增产 1.暗反应催化CO2固定的酶(RuBP羧化酶)具有双功能性，且O2和CO2竞争Rubisco酶 一. 光呼吸 光呼吸： ①高CO2浓度、低O2时，进行羧化 ②低CO2浓度、高O2时，进行加氧 C5+CO2 2C3 Rubisco C5+O2 C2+C3 Rubisco 2C2+O2 C3+CO2 ATP、[H] 酶 (1)光呼吸的不利影响：消耗掉暗反应 的底物C5，导致光合作用减弱，农作 物产量降低。 (2)光呼吸的有利影响：强光时，由于 光反应速率大于暗反应速率，因此叶 肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，这些自由基会损伤叶绿体。而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。 (3)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。　　　 (2).了解光呼吸的意义及危害 1．研究发现，水稻叶肉细胞在强光、高浓度O2条件下，存在吸收O2，释放CO2的现象，该过程与光合作用同时发生，称为光呼吸，具体过程见下图。请分析回答： (1)据图推测，水稻叶片中消耗O2的具体场所有________________ _______。 若突然停止光照，短时间内C5的含量将____________(填“增加”或“减少”或“不变”)。 　减少　 线粒体内膜和叶绿体基质 (2)若用放射性同位素14C标记C5，则在正常细胞光呼吸过程中的转移途径为C5→__________________，参与该过程的细胞结构有____________________________________。 (3)当环境中CO2与O2含量比值____________(填“偏高”或“偏低”)，叶片容易发生光呼吸。光呼吸的存在会明显降低水稻产量，原因是_____________________________________________________ _________________________________________________________。 乙醇酸→乙醛酸→甘氨酸→CO2 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 偏低 O2竞争性的与Rubisco酶结合，导致其催化CO2与C5的固定过程减弱，光合作用合成的有机物减少 1．研究发现，水稻叶肉细胞在强光、高浓度O2条件下，存在吸收O2，释放CO2的现象，该过程与光合作用同时发生，称为光呼吸，具体过程见下图。请分析回答： (4)我国科研团队通过多基因转化技术将GLO(乙醇酸氧化酶)基因、OXO(草酸氧化酶)基因和CAT(过氧化氢酶)基因导入水稻叶绿体基因组，构建一条新的光呼吸代谢支路(简称GOC支路)，显著提高了水稻的光合效率。请你阐明GOC工程水稻株系产量提高的机制：__________________________________________________________ ______________________________________________________。 GOC型水稻光呼吸产生的部分乙醇酸能直接在叶绿体内被催化为草酸并最终完全分解为CO2，提高叶绿体中CO2浓度，从而抑制光呼吸，提高植物的光合效率，使水稻增产 二、C3植物和C4植物 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。 1.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。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。 ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 NADPH 酶 能量 (1) C4植物叶肉细胞的叶绿体和维管束鞘细胞的叶绿体共同完成CO2的固定。 2. C4植物 (2)进入叶肉细胞的CO2首先 与 反应，固定产生的 第一个产物为 ,进而进入 维管束鞘细胞中分解产生 CO2将进入 , 因而将此类植物称为C4植物 ,其进行的固定途径称为 。 PEP C4 C4途径 卡尔文循环 (4)例如：玉米、高粱、甘蔗都是C4植物， (3)在高温、光照强烈和干旱的条件下，绿色植物的气孔大量关闭。这时，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用。 原因是：PEP羧化酶（CO2泵）与CO2亲和力大且不与O2亲和，它提高了C4植物固定CO2的能力，并且无光合午休现象。 （2025·甘肃庆阳·模拟预测）高粱属于C4植物，其叶片存在内层为维管束鞘细胞、外层为叶肉细胞的“花环型”结构，叶肉细胞不能进行暗反应，但可通过C4途径初步固定CO2（酶1对CO2的亲和力极高），起到“CO2泵”的作用，把CO2 “压进”维管束鞘细胞。这样可以把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，光合作用部分过程如图所示。 酶1：PEP羧化酶(PEPC)；酶2：RuBP羧化酶(Rubisco) (1)图中X代表的物质是 ，高粱植株体内固定CO2的场所是 。 (2)据题推测，PEPC与无机碳的亲和力 （填“高于”“低于”）Rubisco。 ATP和NADPH 叶肉细胞叶绿体和维管束鞘细胞叶绿体 高于 (3)炎热夏季中午,高粱不会出现“光合午休”现象,光合速率仍较高,原因可能是 。 高粱叶绿体含有酶1对CO2亲和力极高,能利用低浓度CO2,进行光合作用 （2025·甘肃庆阳·模拟预测）高粱属于C4植物，其叶片存在内层为维管束鞘细胞、外层为叶肉细胞的“花环型”结构，叶肉细胞不能进行暗反应，但可通过C4途径初步固定CO2（酶1对CO2的亲和力极高），起到“CO2泵”的作用，把CO2 “压进”维管束鞘细胞。这样可以把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，光合作用部分过程如图所示。 (4)维管束鞘细胞的叶绿体通常只能进行暗反应，推测其叶绿体结构上的特点是 。分离光合色素所用的试剂是 ，三碳糖运出叶绿体，在细胞质基质中形成蔗糖，蔗糖 （填“有”或“没有”）还原性，比较稳定，以该形式运输到其他部位不会造成碳素的丢失。若夜间有三碳糖从维管束鞘细胞的叶绿体中运出，其来源最可能是 （填物质）。 不含类囊体（或“不含基粒”） 层析液 没有 由淀粉转化而来 3.CAM途径 (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。 3.CAM途径 (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。 2．落地生根是多年生的草本植物。其叶片白天气孔关闭，晚上气孔开放吸收固定CO2，下图是其叶肉细胞发生的生理过程，实线代表白天发生的物质变化，虚线代表晚上发生的物质变化。G6P、PEP、OAA分别指葡萄糖-6-磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸、草酰乙酸。据图分析，回答下列问题： (1)落地生根叶肉细胞内CO2固定的直接产物是_______________________________。 (2)落地生根叶肉细胞液泡中pH白天高于晚上，其原因是_________________________________________ _________________________________________________________。 细胞呼吸也可以产生PEP，PEP固定CO2需要PEP羧化酶，推测该酶在一昼夜中活性变化是__________________________________。 草酰乙酸(OAA)、三碳化合物(C3) 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分解释放的CO2用于光合作用 白天活性减弱，晚上活性增强 2．落地生根是多年生的草本植物。其叶片白天气孔关闭，晚上气孔开放吸收固定CO2，下图是其叶肉细胞发生的生理过程，实线代表白天发生的物质变化，虚线代表晚上发生的物质变化。G6P、PEP、OAA分别指葡萄糖-6-磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸、草酰乙酸。据图分析，回答下列问题： (3)落地生根生长缓慢，每天的光合产量极低的主要原因是___________________________________________________________。 (4)某同学想设计一个简单的实验，测量落地生根植物叶片的呼吸速率，应该注意的事项是______________________________________ _____________________________________________(至少答两条)。 晚上进行；测量单位时间、单位面积内该植物叶片氧气的吸收量；选取不同的时间段，多次测量求平均值 PEP含量有限，固定CO2后形成的苹果酸较少 $$