備課素材：C4植物的C4途徑 高一上學(xué)期 人教版（2019）必修1

C4植物的C4途徑光合作用是高考生物中的重點(diǎn)之一，有時(shí)也會(huì)考查一些特殊的光合作用途徑，適當(dāng)?shù)耐卣挂彩菑?fù)習(xí)迎考中需要的。C4途徑的發(fā)生場(chǎng)所在哪里，不同的資料說(shuō)法不一，新教材人教版教參認(rèn)為是葉肉細(xì)胞的葉綠體。舊教材中出現(xiàn)C4途徑，但只說(shuō)在葉肉細(xì)胞內(nèi)，具體沒(méi)有指明發(fā)生的場(chǎng)所。新人教版教材教參

試題解析

試題：景天科植物A有一個(gè)很特殊的CO2同化方式，夜間氣孔開(kāi)放，吸收的CO2生成蘋果酸儲(chǔ)存在液泡中，如圖一所示；白天氣孔關(guān)閉，液泡中的蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放CO2用于光合作用，如圖二所示。十字花科植物B的CO2同化過(guò)程如圖三所示，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）白天，影響植物A光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素有

。

（2）植物A夜晚能吸收CO2，卻不能合成C6H12O6的原因是

，白天植物A進(jìn)行光合作用所需的CO2的來(lái)源有

和

。（3）在上午10：00點(diǎn)時(shí)，突然降低環(huán)境中CO2濃度后的一小段時(shí)間內(nèi)，植物A和植物B細(xì)胞中C3含量變化的差異是

。（4）植物A氣孔開(kāi)閉的特點(diǎn)，與其生活的環(huán)境是相適應(yīng)的，推測(cè)植物A生活的環(huán)境最可能是

。答案：（1）溫度、光照強(qiáng)度、水分等

（2）沒(méi)有光照，光反應(yīng)不能正常進(jìn)行，無(wú)法為暗反應(yīng)提供所需的ATP、NADPH

蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放的

呼吸作用產(chǎn)生的（3）植物A基本不變，植物B下降的

（4）炎熱干旱解析：（1）根據(jù)題意并結(jié)合圖一二看出，白天時(shí)植物A的氣孔是關(guān)閉的，植物利用的是夜間儲(chǔ)存在液泡中的二氧化碳，因此白天空氣中的二氧化碳濃度不是限制因素，其它因素包括光照強(qiáng)度、溫度、含水量均是。（2）夜晚時(shí)沒(méi)有光照，光反應(yīng)不能正常進(jìn)行，無(wú)法為暗反應(yīng)提供所需的ATP、NADPH，因此植物A夜晚不能合成C6H12O6。白天氣孔關(guān)閉，液泡中的蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放CO2用于光合作用植物A進(jìn)行光合作用，同時(shí)細(xì)胞有氧呼吸產(chǎn)生的CO2也能用于光合作用。（3）由于A細(xì)胞的CO2是由細(xì)胞內(nèi)部提供，故與環(huán)境中二氧化碳濃度無(wú)關(guān)，因此沒(méi)有變化；而B細(xì)胞吸收的CO2減少，同時(shí)三碳酸（C3）被還原成RuBP(C5)和C6H12O6，因此細(xì)胞的葉綠體中三碳酸（C3）含量減少。（4）由題意可知植物A夜晚氣孔開(kāi)放，白天氣孔關(guān)閉，推測(cè)其生活環(huán)境的特點(diǎn)是可能是炎熱干旱。

光合作用的途徑

1.光合作用的C3途徑綠色植物在光合作用時(shí)，首先要將空氣中的CO2固定在植物體內(nèi)。大多數(shù)物種中，吸收CO2后生成的第一個(gè)有機(jī)物是一種含有3個(gè)碳原子的糖，因此將這一CO2固定途徑稱作碳三（C3）途徑，這些植物被稱作碳三（C3）植物。禾本科中，水稻、小麥都是C3植物。催化CO2固定的酶叫做Rubisco。Rubisco催化效率低下，是整個(gè)反應(yīng)的限速酶。而且它除了能催化CO2的固定，還可反向催化三碳糖結(jié)合氧氣，釋放CO2。后者類似于呼吸作用，稱作光呼吸。光呼吸不但不能增加有機(jī)物的產(chǎn)量，反而會(huì)損失已生成的同化產(chǎn)物。為了應(yīng)對(duì)C3途徑的缺陷，一些植物進(jìn)化出了新的CO2固定途徑，并發(fā)展出與之適應(yīng)的形態(tài)特征。2.光合作用的C4途徑它們的維管束周圍的細(xì)胞分化成兩種：維管束鞘細(xì)胞和葉肉細(xì)胞。這些細(xì)胞整齊地排列成雙層環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即所謂的“花環(huán)結(jié)構(gòu)”。CO2固定過(guò)程發(fā)生在葉肉細(xì)胞的細(xì)胞溶膠中，生成一種含4個(gè)碳原子的有機(jī)酸——顯然這些植物應(yīng)該叫做碳四（C4）植物，典型的例子如禾本科的玉米。接下來(lái)，四碳酸被運(yùn)送到維管束鞘細(xì)胞中，并分解為丙酮酸和CO2。重新釋放出的CO2在維管束鞘細(xì)胞中進(jìn)行C3途徑。C4植物中CO2固定途徑催化C4植物結(jié)合CO2的酶是磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）。得益于其相比Rubisco更高的催化效率，被運(yùn)送到維管束鞘細(xì)胞中的CO2濃度比C3植物更高。如果將C3植物看成一個(gè)工廠，生產(chǎn)原料是來(lái)自空氣的CO2，Rubisco則是一臺(tái)破舊的生產(chǎn)機(jī)器。C4植物創(chuàng)造性地將設(shè)計(jì)出一個(gè)生產(chǎn)原料濃縮泵——PEPC，并放置于類似于生產(chǎn)車間的葉肉細(xì)胞中。車間隔壁還是原先那個(gè)破機(jī)器，但到進(jìn)入它的CO2比C3工廠的濃度要高十倍。這樣，即使機(jī)器性能沒(méi)有改善，生產(chǎn)效率卻大為提高。此外，高濃度的CO2削弱了Rubisco的氧化功能，從而可以降低光呼吸。C4植物掌握的這些先進(jìn)技術(shù)提高了同化作用的生產(chǎn)率。（參考中科院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究院網(wǎng)站）2.羧化酶的種類和位置若要確定CO2固定在哪個(gè)細(xì)胞中進(jìn)行，就需要搞確定羧化酶的種類和位置。羧化酶有兩種，一是PE