2026届高三生物二轮复习课件专题2 细胞代谢③

专题2 细胞代谢 热点聚焦2 CO2的固定途径 【模型构建①】C3途径 【模型构建②】C4途径 【模型构建③】CAM途径 【模型构建④】蓝细菌的CO2浓缩机制 【旧知识回顾】C3途径：所有植物光合作用碳同化的基本途径 00 1.概念：CO2直接进入叶肉细胞，在其 中， 与RuBP(C5)发生反应，生成 (固定CO2的初产物)， 直到RuBP(C5)再生结束，并合成 等多种有机物， 该循环称为C3途径，又称为卡尔文循环。 C3 叶绿体基质 卡尔文循环 蔗糖、淀粉 常见的C3植物： 大麦、小麦、 大豆、水稻、 马铃薯等。 【扩展】Rubisco(RuBP羧化酶)， 是卡尔文循环中的关键酶之一， 可催化RuBP(C5)结合CO2发生羧化， 但该酶与CO2的亲和力很小。 C4途径：C4植物的CO2浓缩基质【P28】 01 [资料1]C4植物中的PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”， 它对CO2的亲和力约是Rubisco(RuBP羧化酶)的60倍， 当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时， C4植物能利用细胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不能。 C4植物通常生长在强光环境中，并且无“光合午休”现象。 常见C4植物： 玉米、甘蔗、高粱等. 【思考1】用14C标记CO2追踪 C4植物碳原子的转移途径为? CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)。 【思考2】干旱环境中，哪种 植物生长得更好？ C4植物 C4途径：C4植物的CO2浓缩基质【P28】 01 [资料2]科学家研究玉米(C4植物)的叶片结构发现，其叶肉细胞和维管束鞘细胞紧密排列。 ①叶肉细胞中的叶绿体(有类囊体，没有Rubisco),能进行光反应，不能进行暗反应。 ②维管束鞘细胞中的叶绿体(没有类囊体，有Rubisco)不能进行光反应，能进行暗反应。 ③叶肉细胞中的CO2在PEP羧化酶(对CO2具有高亲和力)的作用下整合到C4化合物中， 随后进入维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞的叶绿体中(没有类囊体，但有Rubisco)， C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物。 【思考3】由资料可得：C4植物 ①光反应发生在： ； ②CO2的固定发生在： . ； 叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上 叶肉细胞的细胞质基质(C4) 维管束鞘细胞的叶绿体基质(C3) 真题引领：C4植物的CO2浓缩基质【P28】 1.(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450μmol·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。 回答下列问题： 01 (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。 (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：(3点) 。 。 。 3－磷酸甘油醛 蔗糖 韧皮部/筛管 高于 ①玉米PEPC对CO2的亲和力大，利用低浓度CO2的能力强； 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。 ②维管束鞘细胞中O2含量低/CO2含量高，光呼吸弱； (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：(3点) 。 。 。 ①水稻的光吸收转化能力弱，产生的NADPH和ATP有限； ③同化产物转运能力不强。 ②碳同化酶活性有限； CAM途径：景天科植物的CO2固定 02 [资料]生活在干旱炎热环境中的CAM植物，可通过CAM途径适应干旱环境。具体途径，如图所示。 常见CAM植物： 菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。 【思考1】 ①在夜间，大气中CO2从气孔进入，被PEP羧化酶催化，与磷酸烯醇式丙酮酸(PEP) 结合形成 ，再经苹果酸脱氢酶作用还原为 ，储存于液泡中。 ②在白天，气孔关闭，苹果酸从 中释放出来，经脱羧酶作用形成CO2和 丙酮酸，CO2产生后用于卡尔文循环。 苹果酸 草酰乙酸 液泡 注：液泡的pH，会在夜晚降低，在白天升高。 CAM途径：景天科植物的CO2固定 02 [资料]生活在干旱炎热环境中的CAM植物，可通过CAM途径适应干旱环境。具体途径，如图所示。 常见CAM植物： 菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。 【思考2】夜晚，CAM植物能不能合成葡萄糖？ 【思考3】如果白天适当提高CO2浓度，能不能提高CAM植物的光合作用速率？ 不能，因为夜晚不能进行光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 不能，因为CAM植物白天气孔关闭，不吸收CO2。 CAM途径：景天科植物的CO2固定 02 [资料]生活在干旱炎热环境中的CAM植物，可通过CAM途径适应干旱环境。具体途径，如图所示。 常见CAM植物： 菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。 【思考4】CAM途径是对干旱环境的适应，该途径除了维持光合作用外， 对植物的生理意义还表现在？ 有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。 2.(2021·全国乙卷，29)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。 真题引领：景天科植物的CO2固定【P29】 叶绿体、细胞质基质、线粒体 细胞呼吸 蒸腾作用过强导致植物过度失水 光合作用 02 【实验思路·答题模板】 ①选材、分组、编号： . ②控制自变量： . ③控制无关变量：其他条件相同且适宜； ④检测因变量： . (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) 取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B两组； 将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养， 一段时间后，分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。 预期结果： A组： . B组： . 液泡中的pH夜晚明显低于白天。 液泡中的pH白天和夜晚无明显变化。 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 光反应的场所 与CO2结合的物质 RuBP PEP PEP CO2固定的最初产物 C3 C4 草酰乙酸 CO2固定的时间 卡尔文循环的场所 有无光合午休 有 无 无 C3途径是碳同化的基本途径， C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 白天 白天 夜晚和白天 叶肉细胞的 叶绿体基质 维管束鞘细胞的 叶绿体基质 叶肉细胞的 叶绿体基质 叶肉细胞的类囊体薄膜 【小结】C3植物、C4植物和CAM植物的比较 空间上 错开 时间上 错开 小结　①比较C4植物、CAM植物固定CO2的方式 相同点：都对CO2进行了两次固定。 不同点：C4植物两次固定CO2是空间上错开；CAM植物两次固定CO2是时间上错开。 ②比较C3、C4、CAM途径 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 蓝细菌的CO2浓缩机制 03 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 由图可知，蓝细菌通过CO2浓缩机制使羧化体中Rubisco周围的CO2浓度升高，从而通过促进CO2固定进行光合作用，最终提高光合效率。 主 主 自 自 3.(2021·天津，15)Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也 能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。 真题引领：蓝细菌的CO2浓缩机制【P30】 03 注：羧化体具有蛋白质外壳， 可限制气体扩散。 Rubisco可催化： ①CO2+C5→2C5 ② O2+C5→C2+C3 (1)蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。 据图分析，CO2依次以 和 方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度， 从而通过促进 和抑制 提高光合效率。 自由扩散 主动运输 CO2固定 O2与C5结合 (2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应， 应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的 中观察到羧化体。 (3)研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。 若再转入HCO3-和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用， 理论上该转基因植株暗反应水平应 ，光反应水平应 ， 从而提高光合速率。 叶绿体 提高 提高 1.(2025·深圳一模)玉米的光合作用既有C4途径又有C3途径(如图)， PEP羧化酶对CO2具有较强亲和力。据图分析，下列叙述正确的是(　　) 预测演练【P31】 04 B A．物质B为C3，它和PEP均可固定CO2 B．卡尔文循环进行的场所是叶绿体基质 C．为过程②提供能量的物质有ATP和NADH D．在炎热夏季中午，叶肉细胞还可以生成淀粉 所以物质B为C5，×； 卡尔文循环也就是光合作用的暗反应阶段，场所为叶绿体基质，√； 为过程②提供能量的物质有ATP和NADPH(还原型辅酶Ⅱ)，×； 由图可知，叶肉细胞进行的是C4途径，合成(CH2O)的场所在维管束鞘细胞中，×； C3 C5 2.景天科植物多生长于沙漠等炎热地区，其特殊的CO2固定方式为景天酸代谢途径(CAM)，景天科植物夜晚开放气孔吸收CO2，经过磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)的催化作用，与磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)发生化学反应生成草酰乙酸(OAA)，OAA经过苹果酸脱氢酶的催化作用，进一步被还原为苹果酸，转移到液泡中进行贮存。白天，液泡中积累的苹果酸发生转移，运输到细胞质基质中，CO2被释放，进入叶绿体，进行卡尔文循环生成有机物。下列关于景天科植物的叙述，错误的是(　　) A．给植物提供14C标记的CO2,14C先后出现在PEP、OAA、苹果酸和有机物中 B．上午10时，若突然降低外界CO2浓度，叶肉细胞中C3含量短时间内将不会下降 预测演练【P31】 04 A 14C先后出现在草酰乙酸(OAA)、苹果酸、C3和有机物中，×； 景天科植物夜晚开放气孔吸收CO2， 若突然降低外界CO2浓度，对景天科植物光合作用影响很小，√； 2.景天科植物多生长于沙漠等炎热地区，其特殊的CO2固定方式为景天酸代谢途径(CAM)，景天科植物夜晚开放气孔吸收CO2，经过磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)的催化作用，与磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)发生化学反应生成草酰乙酸(OAA)，OAA经过苹果酸脱氢酶的催化作用，进一步被还原为苹果酸，转移到液泡中进行贮存。白天，液泡中积累的苹果酸发生转移，运输到细胞质基质中，CO2被释放，进入叶绿体，进行卡尔文循环生成有机物。下列关于景天科植物的叙述，错误的是(　　) C．在高温、干旱环境中，景天科植物比普通植物的适应能力更强 D．将该种植物置于黑暗密闭装置内，装置中CO2的变化速率不能表示呼吸速率 预测演练【P31】 04 A 景天酸植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，适应能力更强，√； 将该种植物置于黑暗密闭装置内，植物的气孔打开，吸收外界的CO2， 装置中CO2的变化速率表示呼吸速率产生的CO2和从外界吸收的CO2的总和，√； $