2027届高三生物二轮复习课件微专题 光合作用的迁移

该高中生物学高考复习课件聚焦光合作用的C3、C4及CAM途径，依据高考评价体系梳理了碳固定策略、物质能量变化、实验探究等核心考点。通过分析近五年真题明确碳循环过程、影响因素等高频考点分布，归纳图表分析、实验设计等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于高考真题训练与核心素养融合，如以2021乙卷CAM植物实验题为载体，运用生命观念分析C4植物叶片结构对高温环境的适应，通过科学思维构建光合作用模型，培养探究实践能力。助力学生掌握实验设计技巧，教师可据此精准指导复习，提升备考效率。

C3途径、C4途径及CAM途径 二轮复习 微专题 光合作用的迁移 基于新课程标准的生物学科关键能力： 生物关键能力 1.理解能力 2.实验探究能力 3.解决问题能力 4.创新能力 理解能力要求深入了解必备知识的内涵并形成知识的网络结构，将单一、零散的知识构建成系统的知识网络体系，作为能力培养与素养发展的基石。 解决问题能力是学有所用、学以致用理念的体现，反映了生物学与生产生活的密切联系，要求学生能够运用生物学知识解释或解决与生物学相关的生活生产实践等情境中的问题。 实验探究能力是生物学自然科学属性的鲜 明体现。在对所学实验的实践和学习后， 能够对相关生物学问题进行科学探究，如 分析问题、设计实验、预测结果并得出结 论或作出解释，掌握科学探究的整个流程。 创新能力要求学生根据生活生产实践等情境 中的问题，能够运用知识、经验、获取的相 应信息，提出新解释、新方法、新思路或得 出新结论；或者在已有知识的基础上，能够依据新证据得出新的结论或提出新的观点。 李时珍说：蔗，是脾之果。蔗浆甘寒，能泻火热。如煎炼成糖，则甘温而助湿热。现代医学研究表明，甘蔗中含有丰富的糖分、水分，此外，还含有对人体新陈代谢非常有益的各种维生素、脂肪、蛋白质、有机酸、钙、铁等物质。是制造蔗糖的原料，且可提炼乙醇作为能源替代品。中国是世界上最大的甘蔗生产国之一。 中国是世界上水稻栽培历史最悠久的国家。中国水稻的种植面积为3千万公顷左右，居世界第二，但是中国是世界上水稻产量最高的国家，总产量高达2亿吨以上。水稻是当今世界最重要的粮食作物之一，全球一半以上的人口以稻米为主要食物来源。 研究发现晴朗的夏季12:00-15:00时，导致水稻光合作用速率明显下降；而此时甘蔗光合作用速率不仅没有下降，反而有所上升。 ①分析水稻在12:00-15:00光合作用速率下降的原因。 ②试猜测甘蔗在12:00-15:00光合作用速率上升的原因。 水稻 甘蔗 资料1. 1941年，美国科学家鲁宾和卡门研究了光合作用中氧气的来源。他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H2 18O和C18O2，然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和C18O2 ，第二组给同种植物提供H2 18O和CO2 。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气是O2，第二组放的都是18O2。 资料2. 光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7s，发现放射性代谢产物减少到12种。 结合所学教材内容，回答问题 : ①鲁宾、卡门和卡尔文运用了哪种研究方法揭示植物光合作用的C循环过程? ②根据资料2，可以得出CO2转化成的第一个中间产物是什么? ③在光合作用过程中发生了哪些物质和能量上的改变? ④这些物质和能量上的改变依赖于什么结构? ⑤请你根据所学知识构建水稻等植物的光合作用模型。 植物光合作用模型： C3 资料3. 1966年，澳大利亚科学家 M.D.Hatch和 C.R.Slack在研究甘蔗 、玉米等原产热带地区的绿色植物发现， 当向这些绿色植物提供14C时，光合作用开始后的1秒内，90%以上的14C出现在含有四个碳原子的有机酸( C4 )中，随着光合作用的进行，C4 中的14C逐渐减少，而 C3中的14C逐渐增多 。 从上述材料归纳，除了C3循环以外，还存在一条怎样的碳元素的转移途径? 出现该条碳元素转移途径的可能原因是? 观察C3植物和C4植物的叶片横切图，阅读资料： 资料4. C3植物叶片中的维管束鞘细胞不含叶绿体，维管束鞘以外的叶肉细胞排列疏松含有叶绿体；C4植物中构成维管束鞘的细胞比较大，里面含有没有基粒的叶绿体，这种叶绿体不仅数量比较多，而且个体比较大，叶肉细胞含有正常的叶绿体。此外，C4植物的叶片中，围绕着維管束的是呈花环型的两圈细胞：里面的一圈是维管束鞘细胞，外面的一圈是部分叶肉细胞。 类型 维管束鞘细胞叶绿体 叶肉细胞叶绿体 叶肉细胞排列 C3植物 C4植物 依据资料和图片填写表格： 无 有，数量多个体大 有 有 疏松 紧密，呈花环状 C3植物 C4植物 主要作用是为植物体输导水分、无机盐和有机养料等。 实验证明：甘蔗等植物的叶肉细胞在较低CO2条件下也能固定CO2，形成四碳二羧酸化合物(C4酸)进入维管束鞘细胞后释放CO2，从而提高维管束鞘细胞中的CO2浓度，为C3途径提供原料。 资料5. C4植物具有较强的光合作用，与C4植物的PEPC酶活性较强有关，C3途径的CO2固定是通过Rubisco酶来实现的，C4途径的CO2固定是通过PEPC催化完成，在PEPC的催化下将CO2连接到PEP上，形成四碳酸。Rubisco和PEPC这两种酶均可以固定CO2，但它们对CO2的亲和力不同。实验证明，C4植物的PEPC与CO2的亲和力比C3植物高出60多倍，可促使PEPC把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，C4植物这种独特的作用，被形象地比喻成“二氧化碳泵”。 在C3植物光合作用模型的基础上，请你构建C4植物的光合作用模型。 C4植物光合作用途径： 补充：C4植物每同化1分子CO2，需要消耗5分子ATP和2分子NADPH。 归纳总结：甘蔗在12:00-15:00光合作用速率上升的原因。 NADPH NADP+ (1) 维管束鞘的细胞中的光合产物可就近运入维管束，从而避免了光合产物累积对光合作用可能产生的抑制作用。 (2) C4植物的叶肉细胞中的PEP羧化酶(PEPC)对底物CO2的亲和力极高，使细胞中有高浓度的CO2，从而促进暗反应。 (3) 高光强可产生更多的[H]和ATP，以满足C4植物C4循环对ATP的额外需求； (练习)黑藻是水鳖科的沉水植物，低浓度CO2会诱导其光合途径由C3型 (固定CO2最初产物是C3) 向C4型 (固定CO2最初产物是C4) 转变。下图是黑藻光合作用过程中碳的固定和转移途径，分析回答： (2) 低浓度CO2条件下，用14CO2培养黑藻，14C的主要转移途径是CO2→_____________________________→(CH2O)，图中C3的还原需要____________(场所)产生的________________提供能量。 (1) 黑藻细胞中固定CO2的场所有____________、____________。黑藻细胞中生成丙酮酸的生理过程除图示外，还有___________________。 细胞质基质 叶绿体基质 有氧呼吸第一阶段 草酰乙酸→苹果酸→CO2→C3 类囊体 ATP和NADPH (3) 为了探究低浓度CO2诱导黑藻光合途径改变的机理，研究人员将实验组的黑藻在密闭玻璃缸中培养20天，同时设置对照组。测定PEPC的酶活力，并提取RNA采用RT-PCR扩增PEPC基因后进行电泳，结果如下： ①实验组密闭培养的目的是_____________________。对照组中自变量控制的方法是________________________________________________。②据实验结果分析，黑藻能利用低浓度CO2的机制是______________________________________________________________________。 营造低浓度CO2环境 向培养液加入适量的NaHCO3（或通入适量的CO2） 低CO2条件诱导PEPC基因表达，PEPC酶活力高，固定CO2能力增强 资料6. 1966 年人们又发现了一种代谢途径——景天酸代谢途径(CAM)，这类植物的气孔在白天关闭，夜间开放，形成了时间上的分离。夜间气孔开放吸收的CO2生成苹果酸( C4 )储存在液泡中，白天，液泡中的苹果酸经脱羧作用形成丙酮酸和CO2。 ①进行CAM循环的植物在光合作用过程中，所需CO2来自于哪里？ ②这种光合作用方式对此类植物适应环境有什么积极意义？ ④请你思考这种光合作用方式可能存在什么不足？ ③用这种方式进行光合作用的植物在表观形态上出现了哪些变化？ (2021•乙卷 节选)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： (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） 实验思路：取若干生理状态相同的植物甲，平均分为A、B两组并于夜晚测定其细胞液pH值。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，其它条件保持相同且适宜。一段时间后，分别测定A、B两组植物夜晚细胞液的pH值并记录。 预期结果：A组pH值小于B组，且B组pH值实验前后变化不大，说明植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。 典型的C3植物：大豆、水稻、小麦 典型的C4植物：甘蔗、高粱、玉米 典型的景天酸循环植物：仙人掌 同时不同区 同区不同时 卡尔文循环是基础。 ①在生物学中，对结构与功能观不能机械、线性地去认识。 ②不能孤立地去看一个结构和它的功能，一个结构功能的实现需要其它结构的配合。 ③功能的实现需要外部条件。 ④发挥功能的过程可能对结构有反作用。 ——教材主编赵占良 柔性的、非线性的、相互联系的、动态变化的、作用与反作用的结构与功能观，才是生物学的结构与功能观。 开放思考： 光合作用被诺贝尔奖评委会称为是地球上最重要的化学反应， 因为光合作用为人类社会的发展进步提供了基本条件，地质时期以来降低的大气CO2浓度和升高的大气温度以及干旱和盐渍化是C4途径进化的外部动力，很明显，C4植物在干旱高温的环境中具有优势，我国北方农牧区高温干旱的气候特点， 充分利用C4植物被认为是荒漠化防治的一条途径；由于C4途径的多源进化， 目前对转C4基因水稻的研制前景持乐观态度。 请你思考C4植物的有效利用有什么现实意义，如何将C4的优势转入C3植物中，实现利用。 谢谢聆听！ $