2026届高三生物二轮复习课件 C4植物、CAM植物

5-2　C4植物、CAM植物 专题5 细胞呼吸与光合作用 一、C3植物的光合作用过程 C3植物的光合作用过程 C3植物的叶片结构 一、C3植物的光合作用过程 C3植物的光合作用过程 场所： 叶肉细胞的叶绿体 过程： 光反应+暗反应 CO2固定途径： CO2+C5(RUBP)———→2C3 类群： 大多数树木、烟草、粮食类植物等，多生长于暖湿条件下 在高温晴朗白天有无光合午休？ 有 Rubisco →部分气孔关闭，CO2吸收不足，Rubisco对CO2的亲和力弱 C3途径 二、C4植物的CO2浓缩机制 C4植物的生存环境： 主要生活在 _____________________的热带地区，白天气孔开放时间 。 2. C4植物的叶片结构： 干旱、高温、高光强 短 花环形结构 外圈：叶肉细胞 内圈：维管束鞘细胞 有基粒，无Rubisco 无基粒，有Rubisco 二、C4植物的CO2浓缩机制 3. C4植物的CO2浓缩机制的过程 叶肉细胞内的 作为CO2受体，在 的催化作用下，与环境中吸收的CO2结合，首先固定在 中；草酰乙酸转化为苹果酸,然后被运输到 中脱羧,放出的CO2在 催化下再与 反应生成 。 PEP(磷酸烯醇式丙酮酸) PEP羧化酶 C4(草酰乙酸) 维管束鞘细胞 Rubisco C5 C3 二、C4植物的CO2浓缩机制 3. C4植物的CO2浓缩机制的意义 (1)PEP羧化酶与CO2的亲和力 ，可以固定 的CO2; (2)PEP羧化酶起到“CO2泵”的作用,把CO2“泵”进 中,使Rubisco羧化部位的CO2浓度_____，从而减少光呼吸,因而C4植物在强光下具有比C3植物更高的光合速率。 (3)维管束鞘细胞中的光合产物可就近运入 ,从而避免了光合产物累积对光合作用可能产生的 作用 高 低浓度 维管束鞘细胞 升高 维管束 抑制 二、C4植物的CO2浓缩机制 【思考1】C4植物光合作用的场所？ 光反应： CO2固定： （CH2O)生成： 叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜 叶肉细胞的细胞质基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 二、C4植物的CO2浓缩机制 【思考2】用14C标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为？ CO2→C4→CO2→C3→(CH2O) 二、C4植物的CO2浓缩机制 【思考3】C4植物有无“光合午休”？为什么？ 无。 PEP羧化酶对CO2的亲和力高，叶片部分气孔关闭时C4植物可以利用低浓度CO2进行光合作用。 二、C4植物的CO2浓缩机制 【思考4】在干旱环境中，C4植物比C3植物生长得好，从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因？ 干旱环境中，气孔开度减小，植物吸收CO2减少；C4植物的CO2补偿点低于C3植物，在低浓度CO2下C4植物就可以进行光合作用合成有机物，所以比C3植物生长的好。 二、C4植物的CO2浓缩机制 【思考5】C4植物的常见类群？ 玉米、甘蔗、高粱等原产地在热带的植物。 真题引领 (2023·湖南，17)如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(K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。请回答 真题引领 (1)玉米的卡尔文循环中第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 (筛管/韧皮部中的筛管) 韧皮部 真题引领 (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 ①玉米PEPC对CO2的亲和力大，利用低浓度CO2的能力强； ②维管束鞘细胞中CO2含量高、O2含量低，光呼吸弱； ③玉米维管束鞘细胞的光合产物转运至输导组织的速度快。 真题引领 (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)。 ①水稻的光吸收转化能力弱，产生的NADPH和ATP有限； ②暗反应的酶数量和活性有限； ③光合产物转运能力不强。 三、CAM植物(景天科植物)具有的CO2浓缩机制 1.生存环境：景天科植物(如 等)，生活在__________的环境中,气孔只有 开放， 关闭。 景天、仙人掌和瓦松 炎热、干旱 晚上 白天 三、CAM植物(景天科植物)具有的CO2浓缩机制 2.过程： (1)夜间：气孔开放，大气中的CO2从气孔进入，与 结合形成 ，再经苹果酸脱氢酶作用还原为 ，储存于 中; PEP OAA(草酰乙酸) 苹果酸 液泡 三、CAM植物(景天科植物)具有的CO2浓缩机制 2.过程： (2)白天：气孔关闭，液泡中的苹果酸进入 ，经脱羧酶作用形成 ，CO2进入 参与卡尔文循环形成淀粉等。CAM植物光合作用所需CO2来直接自于 。 细胞质基质 CO2和丙酮酸 叶绿体 苹果酸分解、细胞呼吸 三、CAM植物(景天科植物)具有的CO2浓缩机制 3.特点： ①景天科植物 （有/无）光合午休现象； ②如果白天适当提高环境中CO2浓度，其光合作用速率 ； ③夜晚该类植物______（能/不能）合成葡萄糖，原因是 。 无 基本不变 没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH 不能 三、CAM植物(景天科植物)具有的CO2浓缩机制 4.意义： ①从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是 的结果，是对 　　　(填“干旱”或“湿润”)环境的适应; ②保障__________的正常进行； ③有效避免白天旺盛的______作用造成______过多散失。 干旱 自然选择 光合作用 蒸腾 水分 比较 暖湿条件 粮食类植物、树木、烟草 干旱、高温、高光强 玉米、甘蔗、高粱 炎热干旱 景天科植物（仙人掌、瓦松等多肉植物） C4植物两次固定CO2是在空间上分开的 CAM植物两次固定CO2是在时间上分开的 四、蓝细菌的CO2浓缩机制 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 CO2依次以 和 方式通过细胞膜和光合片层膜; HCO3- 依次以 和 方式通过细胞膜和光合片层膜。 蓝细菌通过CO2浓缩机制使羧化体中Rubisco周围的CO2浓度 ，从而通过促进CO2固定进行光合作用，最终提高光合效率。 自由扩散 主动运输 升高 主动运输 可能协助扩散 带电离子几乎不可能以有意义的速率通过自由扩散跨膜。 蓝细菌通过主动运输将细胞外的HCO3⁻积累至细胞质，形成高浓度“储备池”；羧化体内部的碳酸酐酶（CA）持续将HCO3⁻与H⁺转化为 CO2，造成内部HCO3⁻ 浓度低于细胞质，因此，HCO3⁻从高浓度的细胞质，通过光合片层膜（可能也需要特定的蛋白质通道或转运蛋白协助），顺浓度梯度扩散进入低浓度的羧化体内部。这个过程不直接消耗ATP，属于协助扩散。 〖练习〗(2024丰台一模,3)CAM植物白天气孔关闭,夜晚气孔打开,以适应干旱环境,如图为其部分代谢途径,相关叙述不正确的是(　    ) A.催化过程①和过程②所需的酶不同 B.卡尔文循环的场所是叶绿体类囊体薄膜 C.CAM植物白天气孔关闭可减少水分散失 D.夜晚缺乏NADPH和ATP不能进行卡尔文循环 B   解析    酶具有专一性,一种酶只能催化一种或一类化学反应,过程①和②是两个不同 的过程,因此需要的酶不同,A正确。卡尔文循环是光合作用的暗反应过程,发生在叶 绿体基质中,B错误。CAM植物白天气孔关闭有利于减少蒸腾作用,减少水分的散失,C 正确。夜晚缺乏光照,CAM植物不能进行光反应,导致暗反应因缺乏NADPH和ATP而 无法进行,D正确。 $