微專題6

光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代謝類型考點(diǎn)一C4植物和C3植物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(jiàn)的C4植物有甘蔗、玉米、高粱等。C3途徑：也稱卡爾文循環(huán)，整個(gè)循環(huán)由RuBP(C5)與CO2的羧化開(kāi)始到RuBP(C5)再生結(jié)束，在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行，可合成蔗糖、淀粉等多種有機(jī)物?？键c(diǎn)一C4植物和C3植物2.光合作用C4途徑產(chǎn)生的原因熱帶植物為了防止水分過(guò)度蒸發(fā)，常常關(guān)閉葉片上的氣孔，這樣空氣中的CO2就不易進(jìn)入葉肉細(xì)胞，不能滿足光合作用對(duì)CO2的需求。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(jiǎn)稱為PEP羧化酶(對(duì)CO2有很強(qiáng)的親和力)，可把大氣中含量很低的CO2以C4的形式固定下來(lái)。C4途徑C3途徑考點(diǎn)一C4植物和C3植物3.C3和C4植物光合用途徑的比較項(xiàng)目CO2受體CO2固定后產(chǎn)物CO2固定場(chǎng)所光反應(yīng)場(chǎng)所暗反應(yīng)場(chǎng)所C3植物C4植物C5(RuBP)PEP(C3)C5(RuBP)C3(PGA)OAA(C4)C3(PGA)葉肉細(xì)胞葉綠體基質(zhì)葉肉細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、維管束鞘細(xì)胞葉綠體基質(zhì)葉肉細(xì)胞葉綠體基粒葉肉細(xì)胞葉綠體基粒葉肉細(xì)胞葉綠體基質(zhì)維管束鞘細(xì)胞葉綠體基質(zhì)考點(diǎn)二CAM植物1.CAM途徑的含義景天科植物夜間將吸收的CO2固定在蘋(píng)果酸(C4)中，白天蘋(píng)果酸分解釋放CO2參與光合作用的過(guò)程。2.CAM途徑過(guò)程圖解考點(diǎn)二CAM植物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(píng)果酸產(chǎn)生CO2進(jìn)行光合作用；夜晚開(kāi)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。練習(xí)：高溫、干旱和強(qiáng)光等非生物脅迫是影響植物光合作用的主要因素，自然界的植物豐富多樣，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)也有差異；自卡爾文發(fā)現(xiàn)光合作用中碳元素的行蹤后，又有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)碳元素行蹤的其他路徑。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題。(1)圖中是C4植物和CAM植物利用CO2途徑的示意圖，由圖可知，C4植物進(jìn)行CO2的固定的場(chǎng)所有是

（填具體場(chǎng)所），而CAM植物是在不進(jìn)行CO2固定的場(chǎng)所是

（填具體場(chǎng)所）。兩種植物固定CO2的酶比C3植物多一種__________酶，從該酶功能的角度推測(cè)這兩類植物更能適應(yīng)高溫、干旱的環(huán)境的原因是____________________________________________。(4)典型的CAM植物如仙人掌在夜晚吸收的CO2不能立即用于C3途徑，可能的原因是________________________________________________________________________________________。葉肉細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和維管束鞘細(xì)胞葉綠體基質(zhì)葉肉細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和葉綠體基質(zhì)PEP羧化該酶與CO2的親和力高于Rubisco沒(méi)有光照無(wú)法進(jìn)行光反應(yīng)，無(wú)法為暗反應(yīng)提供充足的ATP和NADPH練習(xí)：(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(duì)CO2的Km為450μmol·L－1(Km越小，酶對(duì)底物的親和力越大)，該酶既可催化RuBP與CO2反應(yīng)，進(jìn)行卡爾文循環(huán)，又可催化RuBP與O2反應(yīng)，進(jìn)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(duì)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(chǎng)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(duì)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(yùn)到維管束鞘細(xì)胞后釋放CO2，再進(jìn)行卡爾文循環(huán)?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)玉米的卡爾文循環(huán)中笫一個(gè)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(yùn)到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)合成_____(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通過(guò)____________長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)狡渌M織器官。3－磷酸甘油醛蔗糖韌皮部(2)在干旱、高光照強(qiáng)度環(huán)境下，玉米的光合作用強(qiáng)度________(填“高于”或“低于”)水稻。從光合作用機(jī)制及其調(diào)控分析，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三點(diǎn)即可)。高于

玉米PEPC對(duì)CO2的親和力大，利用低濃度CO2能力強(qiáng)；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(jìn)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(jìn)行(3)某研究將藍(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機(jī)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(qiáng)度無(wú)明顯變化。其原因可能是_____________________________________________________________________________________________________________(答出三點(diǎn)即可)。稻的光反應(yīng)強(qiáng)度不再增加；葉綠體內(nèi)固定CO2的Rubisco酶水的量有限；同化產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)能力不強(qiáng)考點(diǎn)三

光呼吸1.光呼吸的發(fā)現(xiàn)1955年科學(xué)家德柯?tīng)栍眉t外線氣體分析儀測(cè)定煙草光合速率時(shí)發(fā)現(xiàn)正在進(jìn)行光合作用的煙草葉片在光照停止后會(huì)快速釋放CO2，這種現(xiàn)象稱為“二氧化碳的猝發(fā)”C表示只有光下才有的呼吸速率。即光呼吸現(xiàn)象?？键c(diǎn)三

光呼吸2.光呼吸的起因卡爾文循環(huán)中CO2固定的酶(Rubisco)具有兩雙功能。Rubisco即RuBP羧化加氧酶。①高CO2濃度、低O2時(shí)，進(jìn)行羧化。C5+CO22C3RubiscoC3進(jìn)入卡爾文循環(huán)②低CO2濃度、高O2時(shí)，進(jìn)行加氧。C5+O2C2+C3RubiscoC3進(jìn)入卡爾文循環(huán)C2進(jìn)入光呼吸高O2環(huán)境下，光呼吸會(huì)明顯加強(qiáng)，而提高CO2濃度可明顯抑制光呼吸。線粒體3.光呼吸的過(guò)程考點(diǎn)三

光呼吸4.光呼吸與有氧呼吸的比較考點(diǎn)三

光呼吸項(xiàng)目光呼吸有氧呼吸與光的關(guān)系只在光下進(jìn)行光下、黑暗中都可進(jìn)行反應(yīng)條件光照、高O2、低CO2環(huán)境O2底物C5化合物和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)、線粒體考點(diǎn)四

光抑制當(dāng)光能過(guò)剩時(shí)，葉肉細(xì)胞內(nèi)因NADP+不足，e-傳遞給O2，從而生成超氧陰離子自由基(O2-)等一系列光有毒物質(zhì)，破壞PSⅡ中葉綠素及D1蛋白，光合速率下降，這種現(xiàn)象稱為光抑制。練習(xí)：當(dāng)光照過(guò)強(qiáng)，植物吸收的光能超過(guò)光合作用所能利用的量時(shí)，引起光能轉(zhuǎn)化效率下降的現(xiàn)象稱為光抑制。光抑制主要發(fā)生在PSⅡ，PSⅡ是由蛋白質(zhì)和光合色素組成的復(fù)合物，能將水分解為O2和H+并釋放電子。電子積累過(guò)多會(huì)產(chǎn)生活性氧使PSⅡ變性失活，使光合速率下降。中國(guó)科學(xué)院研究人員利用能接收電子的人工電子梭（鐵氰化鉀）有效解除微藻的光抑制現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。光合作用中的Rubisco酶是一個(gè)雙功能酶，在陽(yáng)光下，它既能催化RuBP與CO2的羧化反應(yīng)進(jìn)行光合作用，又能催化RuBP與O2的加氧反應(yīng)進(jìn)行光呼吸（如圖2）。據(jù)圖回答下列問(wèn)題：(1)葉綠體中光合色素的作用是

。簡(jiǎn)述鐵氰化鉀能有效解除光抑制的原理

。(2)圖1中光照強(qiáng)度較低時(shí)兩條曲線重合，原因是

。請(qǐng)結(jié)合題干信息再提出一條降低光抑制的措施

。吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能電子積累過(guò)多產(chǎn)生的活性氧使PSII變性失活，而鐵氰化鉀可以接收電子，減少電子的積累

光抑制發(fā)生的條件是光照強(qiáng)度過(guò)高，當(dāng)光照強(qiáng)度較低時(shí)不會(huì)產(chǎn)生光抑制現(xiàn)象對(duì)植物進(jìn)行適當(dāng)遮光練習(xí)：當(dāng)光照過(guò)強(qiáng)，植物吸收的光能超過(guò)光合作用所能利用的量時(shí)，引起光能轉(zhuǎn)化效率下降的現(xiàn)象稱為光抑制。光抑制主要發(fā)生在PSⅡ，PSⅡ是由蛋白質(zhì)和光合色素組成的復(fù)合物，能將水分解為O2和H+并釋放電子。電子積累過(guò)多會(huì)產(chǎn)生活性氧使PSⅡ變性失活，使光合速率下降。中國(guó)科學(xué)院研究人員利用能接收電子的人工電子梭（鐵氰化鉀）有效解除微藻的光抑制現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。光合作用中的Rubisco酶是一個(gè)雙功能酶，在陽(yáng)光下，它既能催化RuBP與CO2的羧化反應(yīng)進(jìn)行光合作用，又能催化RuBP與O2的加氧反應(yīng)進(jìn)行光呼吸（如圖2）。據(jù)圖回答下列問(wèn)題：(3)分析圖2可知，Rubisco酶分布在

（填具體場(chǎng)所）。當(dāng)CO2濃度較低而O2