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2、C,3,、,C,4,途徑比較,（,1,）,C,3,植物和,C,4,植物定義,人們根據(jù),光合作用碳素同化的最初光合產(chǎn)物的不同,，把高等植物分成兩類：,C,3,植物：這類植物的,最初產(chǎn)物是,3-,磷酸甘油酸（三碳化合物），,這種反應(yīng)途徑稱為,C,3,途徑，如水稻、小麥、棉花、大豆等大多數(shù)植物。,C,4,植物：這類植物以,草酰乙酸（四碳化合物）,為最初產(chǎn)物，所以稱這種途徑為,C,4,途徑，如甘蔗、玉米、高梁等。,一、,C4,途徑,光合作用,C,4,途徑過程圖解,在光反應(yīng)階段完全相同。,C,4,植物在光合的暗反應(yīng)先在葉肉細胞中經(jīng),C4,途徑將吸收的,CO2,固定在蘋果酸,（,C,4,）,中，,然后,C

3、,4,轉(zhuǎn)移,到維管束細胞,釋放,CO,2,，,CO,2,進入卡爾文循環(huán)（,C,3,途徑）。,C,3,植物,C,3,植物,只利用卡爾文循環(huán)中,1,，,5-,二磷酸核酮糖直接,固定,CO,2,。,一,個,CO,2,被,一個五碳化合物（,1,，,5-,二磷酸核酮糖，簡稱,RuBP,）固定后形成兩個三碳化合物（,3-,磷酸甘油酸，,PGA,），,即,CO,2,被,固定后最先形成的化合物中含有三個碳原子。,C,3,、,C,4,途徑比較,（,2,）,C,3,植物與,C,4,植物葉片結(jié)構(gòu)比較,C,3,植物葉片中維管束鞘細胞較小，其內(nèi)不含葉綠體，其葉肉細胞內(nèi)含有典型的葉綠體，即可進行光反應(yīng)又可進行暗反應(yīng)。,C

4、,4,植物葉片有“花環(huán)形結(jié)構(gòu)”的兩圈細胞，內(nèi)層為維管束鞘細胞，含有葉綠體，只能進行暗反應(yīng)。葉肉細胞中含典型葉綠體，能進行光反應(yīng)，通過,C,4,途徑固定,CO,2,。,（,3,）,C,3,和,C,4,植物光合途徑的比較,項目,種類,CO,2,受體,CO,2,固定后產(chǎn)物,光反應(yīng)場所,暗反應(yīng)場所,C3植物,RuBP(C5),PGA(C3),葉肉細胞葉綠體基粒,葉肉細胞,葉綠體,基質(zhì),C4植物,PEP(C3),RuBP(C5),PGA(C3),OAA(C4),葉肉細胞葉綠體基粒,維管束細胞葉綠體基質(zhì),光合作用,C4途徑產(chǎn)生的原因,因為C4植物中含有能固定CO,2,為C4的相關(guān)酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化

5、酶，簡稱為PEP羧化酶（與CO,2,有很強的親和力）?？纱偈筆EP把大氣中含量很低的CO,2,以C,4,的形式固定下來。,C4植物這種獨特的作用，被形象的比喻成“二氧化碳泵”。,（,4,）研究發(fā)現(xiàn)晴朗的夏季,11:00,時，光照增強，溫度過高，葉片氣孔開度下降，最終導致大豆光合作用速率明顯下降；而此時甘蔗光合作用速率不僅沒有下降，反而有所上升原因是,_,_,。,甘蔗葉肉細胞內(nèi)有,“CO,2,泵,”,，在氣孔開度下降，,CO,2,濃度降低時，仍可以維持細胞內(nèi)較高的,CO,2,利用率（,CO,2,的固定效率），且光照強度增強，光合作用增強,2.,甘蔗和大豆是兩種常見的農(nóng)作物，但二者的光合作用途徑有

6、所不同。如圖甲為,甘蔗,光合作用過程，,其葉肉細胞中存在一種酶，這種酶對,CO,2,有極強的親和力，通過系列反應(yīng)可以將,CO,2,“,泵,”,入維管束鞘細胞，這種酶被稱為,“CO,2,泵,”,，而,大豆則缺乏,“CO,2,泵,”,例,2(2023,遼陽模擬,),玉米固定,CO,2,的能力比小麥強,70,倍。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶,(PEPC),是,C,4,植物,(,如玉米,),特有的固定,CO,2,的關(guān)鍵酶?？蒲腥藛T,將玉米的,PEPC,基因?qū)胄←溨校@得轉(zhuǎn)基因小麥以提高小麥產(chǎn)量。,為探究轉(zhuǎn)基因小麥固定,CO,2,的能力，研究人員將轉(zhuǎn)基因小麥和普通小麥分別,放置在相同的密閉小室中，給予充足的

7、光照，利用紅外測量儀每隔,5 min,測定小室中的,CO,2,濃度，,結(jié)果如圖所示。下列有關(guān)敘述錯誤的是,(,),D,二、,CAM,途徑,仙人掌、菠蘿和許多肉質(zhì)植物都進行這種類型的光合作用。這類植物特別適合生長于,干旱,地區(qū)，其特點是,氣孔夜間開放，白天關(guān)閉,。,該,類植物,夜間,吸收,CO,2,，淀粉經(jīng)糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸,(PEP),，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，,CO,2,與,PEP,結(jié)合，生成草酰乙酸，進一步還原為蘋果酸儲存在液泡中,。,白天,氣孔關(guān)閉，蘋果酸轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)基質(zhì)中脫羧，放出,CO,2,，進入,C,3,途徑合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成,PEP,再還原成三碳糖，最

8、后合成淀粉或者轉(zhuǎn)移到線粒體，進一步氧化釋放,CO,2,，又可進入,C,3,途徑。,該,類植物葉肉細胞,夜間,淀粉減少，蘋果酸增加，細胞液,pH,下降,；,白天,淀粉增加，蘋果酸減少，細胞液,pH,上升。,例,3(2023,河北唐山調(diào)研,),多肉植物是指營養(yǎng)器官肥厚多汁并且儲藏大量水分的植物，能夠在高溫干旱的條件下良好生長。多肉植物葉片上的,氣孔夜間開放吸收,CO,2,，生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關(guān)閉，液泡中的蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放,CO,2,用于光合作用,。請回答下列問題：,(1),多肉植物白天進行光合作用所需,CO,2,來源有,_,和,_,_,_(,請?zhí)顚懴嚓P(guān)生理過程,),。多肉植物夜晚

9、能吸收,CO,2,，卻不能合成,(CH,2,O),的原因,是,_,。,蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放,呼吸作用產(chǎn)生,缺乏光照，不能產(chǎn)生,NADPH,和,ATP,葉綠體、線粒體和細胞質(zhì)基質(zhì),（,2,）白天葉肉細胞產(chǎn)生,ATP,的部位是,_,。,將生長狀況相同的多肉植物隨機均等分為四組，分別用等量的清水、,CaCl,2,溶液、,ABA,溶液、,CaCl,2,與,ABA,混合溶液處理，在干旱條件下培養(yǎng)，一段時間后測定并比較各組凈光合速率,(,或,“,比較各組生長發(fā)育狀況,”,),(3),有人提出，,CaCl,2,與脫落酸都能夠提高多肉植物的抗旱能力，并且混合使用效果更佳，請簡要寫出證明該觀點的實驗設(shè)計思路,：

10、,_,_,_,_,C,4,植物與,CAM,植物在捕獲和固定大氣中的,CO,2,的方式上最明顯的區(qū)別,是,_,_,。,C,4,植物捕獲和固定,CO,2,的反應(yīng)在空間上分離,(,或在不同的細胞內(nèi)捕獲和固定,CO,2,),，,CAM,植物捕獲和固定,CO,2,的反應(yīng)在時間上分離,(,或在夜晚捕獲,CO,2,，白天固定,CO,2,),1.,概念,植物的葉肉細胞在光下有一個,與呼吸作用不同的生理過程,，即在,光照條件下，葉肉細胞中,O,2,與,CO,2,競爭性結(jié)合,RuBP(C,5,),，,O,2,與,RuBP,結(jié)合后經(jīng)一系列反應(yīng)釋放,CO,2,的過程,。這種反應(yīng)在,光照下,進行，與有氧呼吸類似，故稱光

11、呼吸。,由于光呼吸過程中幾種主要化合物如乙醇酸、乙醛酸、甘氨酸等都是二碳化合物，因此光呼吸也稱,C,2,循環(huán)（,C,2,cycle,）。,三、光呼吸,光呼吸是一個,“,耗能浪費,”,的生理過程，因此，抑制植物的光呼吸可實現(xiàn)農(nóng)作物的增產(chǎn)。,光呼吸與光合作用的關(guān)系,與光呼吸有直接關(guān)系的細胞器為,葉綠體、線粒體,。光呼吸產(chǎn)生的條件是,光照、高,O,2,含量和低,CO,2,含量,等。,在干旱天氣和過強光照下，因為溫度很高，蒸騰作用很強，氣孔大量關(guān)閉。此時的光呼吸可以消耗光反應(yīng)階段生成的多余的,NADPH,和,ATP,，又可以為暗反應(yīng)階段提供原料，因此光呼吸對植物有重要的正面意義。,光呼吸的不利影響,:

12、,消耗暗反應(yīng)的底物,C5,，導致光合作用減弱，,農(nóng)作物產(chǎn)量降低,強光時，由于光反應(yīng)速率大于暗反應(yīng)速率，因此葉肉細胞中,葉綠體會,積累,ATP,和,NADPH,，這些物質(zhì)積累會產(chǎn)生自由基，從而 損傷葉綠體。而強光下，光呼吸加強，會消耗光反應(yīng)過程中積累的,ATP,和,NADPH,，從而減輕,這些物質(zhì)對葉綠體的傷害,光呼吸,的有利影響,:,例,1(2023,山東濰坊一模,),光呼吸是,O,2,/CO,2,偏高時與光合作用同時發(fā)生的生理過程，是經(jīng)長期進化形成的適應(yīng)機制。光呼吸和暗反應(yīng)關(guān)系密切，機理如圖所示。下列敘述錯誤的是,(,),D,A.,光呼吸可保證,CO,2,不足時，暗反應(yīng)仍,能,正常,進行,B

13、.,光合作用的光反應(yīng)強于暗反應(yīng)容易,導致,光呼吸,發(fā)生,C.,光呼吸過程雖消耗有機物，但不產(chǎn)生,ATP,D.,抑制光呼吸能大幅度提高光合作用強度,四、,光合產(chǎn)物,及運輸,磷酸丙糖,是光合作用中最先產(chǎn)生的糖，也是光合作用產(chǎn)物從葉綠體運輸?shù)郊毎|(zhì)基質(zhì)的主要形式。,光合作用產(chǎn)生的磷酸丙糖既可以在葉綠體中形成淀粉，暫時儲存在葉綠體中，又可以通過葉綠體膜上的磷酸轉(zhuǎn)運器運出葉綠體，在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成蔗糖。合成的蔗糖或臨時儲藏于液泡內(nèi)，或從光合細胞中輸出，經(jīng)韌皮部裝載長距離運輸?shù)狡渌课弧?例,4(2023,北京東城期末,),下圖為某陸生植物體內(nèi)碳流動示意圖。據(jù)圖分析，下列敘述不正確的是,(,),A,A.,

14、過程,需要消耗光反應(yīng)提供,的,ATP,和,NADPH,B.,葉肉細胞中的卡爾文循環(huán),發(fā)生,在,葉綠體基質(zhì),C.,在葉肉細胞中會發(fā)生由單糖,合,成,二糖或多糖的過程,D.,受阻時，,的進行能緩解,C,3,積累對卡爾文循環(huán)的抑制,五、,光系統(tǒng),及電子傳遞鏈,名師解讀,光系統(tǒng),進行水的光解，產(chǎn)生氧氣、,H,和自由電子,(e,),，光系統(tǒng),主要是介導,NADPH,的產(chǎn)生。,電子傳遞過程是高電勢到低電勢,(,由于光能的作用,),，釋放的能量將質(zhì)子,(H,),逆濃度梯度從類囊體的基質(zhì)側(cè)泵入到囊腔側(cè)，從而建立了質(zhì)子濃度,(,電化學,),梯度。,類囊體內(nèi)的高濃度質(zhì)子通過,ATP,合成酶順濃度梯度流出，而,ATP,合成酶利用質(zhì)子順濃度梯度中流出的能量來合成,ATP,。,