高三生物學(xué)一輪復(fù)習(xí)課件微專題：光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代謝類型

SHENGWUXUE光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代謝類型題型1

C4植物和C3植物[認(rèn)知覺醒]

(2023·湖南卷，17)下圖是水稻和玉米的光合作用暗反應(yīng)示意圖?？栁难h(huán)的Rubisco酶對CO2的Km為450μmol·L－1(Km越小，酶對底物的親和力越大)，該酶既可催化RuBP與CO2反應(yīng)，進行卡爾文循環(huán)，又可催化RuBP與O2反應(yīng)，進行光呼吸(綠色植物在光照下消耗O2并釋放CO2的反應(yīng))。該酶的酶促反應(yīng)方向受CO2和O2相對濃度的影響。與水稻相比，玉米葉肉細(xì)胞緊密圍繞維管束鞘，其中葉肉細(xì)胞葉綠體是水光解的主要場所，維管束鞘細(xì)胞的葉綠體主要與ATP生成有關(guān)。玉米的暗反應(yīng)先在葉肉細(xì)胞中利用PEPC酶(PEPC對CO2的Km為7μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)與CO2反應(yīng)生成C4，固定產(chǎn)物C4轉(zhuǎn)運到維管束鞘細(xì)胞后釋放CO2，再進行卡爾文循環(huán)?；卮鹣铝袉栴}：(1)玉米的卡爾文循環(huán)中笫一個光合還原產(chǎn)物是_________________(填具體名稱)，該產(chǎn)物跨葉綠體膜轉(zhuǎn)運到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)合成_____________(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通過________________________________長距離運輸?shù)狡渌M織器官。3－磷酸甘油醛蔗糖韌皮部(或篩管或韌皮部中的篩管)(2)在干旱、高光照強度環(huán)境下，玉米的光合作用強度________(填“高于”或“低于”)水稻。從光合作用機制及其調(diào)控分析，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三點即可)。高于玉米PEPC對CO2的親和力大，利用低濃度CO2能力強；維管束鞘細(xì)胞中O2含量低，光呼吸弱；玉米葉肉細(xì)胞中的PEP與CO2反應(yīng)生成C4，C4進入維管束鞘細(xì)胞后釋放CO2，使CO2得到濃縮，保障了暗反應(yīng)的進行(3)某研究將藍細(xì)菌的CO2濃縮機制導(dǎo)入水稻，水稻葉綠體中CO2濃度大幅提升，其他生理代謝不受影響，但在光飽和條件下水稻的光合作用強度無明顯變化。其原因可能是_________________________________________________________________________________________(答出三點即可)。水稻的光反應(yīng)強度不再增加；葉綠體內(nèi)固定CO2的Rubisco酶的量有限；同化產(chǎn)物轉(zhuǎn)運能力不強思維升華(1)C3植物和C4植物的含義根據(jù)光合作用碳元素同化的最初光合產(chǎn)物(三碳化合物、四碳化合物)的不同，把高等植物分成C3、C4植物兩類，常見的C4植物有甘蔗、玉米、高粱等。(2)光合作用C4途徑產(chǎn)生的原因C4植物中含有能固定CO2為C4的相關(guān)酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，簡稱為PEP羧化酶(對CO2有很強的親和力)，可把大氣中含量很低的CO2以C4的形式固定下來。(3)C3和C4植物光合用途徑的比較項目CO2受體CO2固定后產(chǎn)物CO2固定場所光反應(yīng)場所暗反應(yīng)場所C3植物RuBP(C5)PGA(C3)葉肉細(xì)胞葉綠體葉肉細(xì)胞葉綠體基粒葉肉細(xì)胞葉綠體基質(zhì)C4植物PEP(C3)RuBP(C5)OAA(C4)PGA(C3)葉肉細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、維管束鞘細(xì)胞葉綠體葉肉細(xì)胞葉綠體基粒維管束鞘細(xì)胞葉綠體基質(zhì)題型2景天科植物(CAM植物)[認(rèn)知覺醒]

(2021·全國乙卷，29)生活在干旱地區(qū)的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關(guān)閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用?；卮鹣铝袉栴}：(1)白天葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的場所有__________________________________。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和____________釋放的CO2。(2)氣孔白天關(guān)閉、晚上打開是這類植物適應(yīng)干旱環(huán)境的一種方式，這種方式既能防止______________________________，又能保證____________正常進行。葉綠體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體細(xì)胞呼吸蒸騰作用過強導(dǎo)致植物過度失水光合作用(3)若以pH作為檢測指標(biāo)，請設(shè)計實驗來驗證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡要寫出實驗思路和預(yù)期結(jié)果)____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________實驗思路：取若干長勢相同的植物甲，平均分為A、B兩組；將A組置于干旱條件下培養(yǎng)，B組置于水分充足的條件下培養(yǎng)，其他條件相同且適宜；一段時間后，分別測定兩組植物甲白天和夜晚液泡中的pH。預(yù)期結(jié)果：B組液泡中的pH白天和夜晚無明顯變化，A組液泡中的pH夜晚明顯低于白天。思維升華(1)CAM途徑的含義景天科植物夜間將吸收的CO2固定在蘋果酸(C4)中，白天蘋果酸分解釋放CO2參與光合作用的過程。(2)CAM途徑過程圖解(3)CAM途徑的意義白天氣孔關(guān)閉，減少蒸騰作用，保持植物體內(nèi)水分并分解蘋果酸產(chǎn)生CO2進行光合作用；夜晚開放氣孔，吸收光合作用所需的CO2，使植物適應(yīng)高溫干旱環(huán)境。題型3光呼吸[認(rèn)知覺醒]

(2025·遼寧大連模擬)植物體在進化過程中產(chǎn)生了一種具有雙功能的RuBP羧化/加氧酶，CO2和O2競爭性地與之結(jié)合，當(dāng)CO2濃度高時，該酶催化C5與CO2形成兩分子C3(3－磷酸甘油酸)，進入暗反應(yīng)；當(dāng)O2濃度高時，該酶催化C5與O2形成一分子C3和一分子C2(乙醇酸)，其中C3進入暗反應(yīng)，而C2離開葉綠體進入光呼吸，反應(yīng)機理如圖所示，下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)BA.植物體光呼吸的形成可能與RuBP羧化/加氧酶的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)B.植物體光呼吸使得C5中的碳都以CO2的形式散失，明顯減少了光合產(chǎn)物的形成C.強光下，光呼吸加強，可消耗光反應(yīng)中積累的ATP、NADPH，從而減輕對葉綠體的傷害D.植物體光呼吸可保證CO2不足時，暗反應(yīng)仍能正常進行思維升華(1)光呼吸的實質(zhì)①條件：光照、高O2、低CO2。②物質(zhì)變化：消耗O2，生成CO2。③能量變化：損耗能量的副反應(yīng)。(2)光呼吸過程圖解(3)光呼吸與一般有氧呼吸的比較項目光呼吸一般有氧呼吸與光的關(guān)系只在光下進行光下、黑暗中都可進行反應(yīng)條件光照、高O2、低CO2環(huán)境O2底物C5和O2通常是葡萄糖、H2O和O2產(chǎn)物CO2CO2和水發(fā)生部位葉綠體、線粒體細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體(4)光呼吸產(chǎn)生的原因①內(nèi)因：Rubisco是一種兼性酶，具有催化羧化反應(yīng)(C5＋CO2→2C3)和加氧反應(yīng)(C5＋O2→C3＋C2)兩種功能。②外因：高O2環(huán)境下，光呼吸會明顯加強，而提高CO2濃度可明顯抑制光呼吸。題型4光抑制[認(rèn)知覺醒]

(2024·重慶卷，18)重慶石柱是我國著名傳統(tǒng)中藥黃連的主產(chǎn)區(qū)之一，黃連生長緩慢，存在明顯的光飽和(光合速率不再隨光強增加而增加)和光抑制(光能過剩導(dǎo)致光合速率降低)現(xiàn)象。(1)探尋提高黃連產(chǎn)量的技術(shù)措施，研究人員對黃連的光合特征進行了研究，結(jié)果見圖1。①黃連的光飽和點約為________μmol·m－2·s－1。光強大于1300μmol·m－2·s－1后，胞間二氧化碳濃度增加主要是由于______________________________________________________。②推測光強對黃連生長的影響主要表現(xiàn)為_______________________________________________________________________。黃連葉片適應(yīng)弱光的特征有_____________________________________________________________________(答2點)。500光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳減少，且氣孔導(dǎo)度增加黃連在弱光條件下，隨光強增加生長快速達到最大，光照過強其生長受到抑制葉片較薄，葉綠素較多(葉色深綠，葉綠體顆粒較大，葉綠體類囊體薄膜面積更大)(2)黃連露天栽培易發(fā)生光抑制，嚴(yán)重時其光合結(jié)構(gòu)被破壞(主要受損的部位是位于類囊體薄膜上的色素蛋白復(fù)合體)，為減輕光抑制，黃連能采取調(diào)節(jié)光能在葉片上各去向(題圖2)的比例，