人教版必修一微专题三C3C4CAM植物及光呼吸课件(36张)

√B.②③④
C.②④⑤
D.①②③
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C4植物围绕着维管束鞘的叶肉细胞排列紧密，①错误； C4植物叶肉细胞的叶绿体有正常的基粒，②正确； 光反应产生的NADPH和ATP储存了能量，且NADPH具有还原性，③ 正确； C4植物之所以叫“C4”植物，是因为CO2固定以后产物是C4，④正确； 光能转化为电能时，电子的最终受体是NADP＋，⑤错误。
据图分析，下列说法错误的
√A.进行景天酸代谢的植物白天进行
光反应，积累ATP和NADPH，晚 上进行暗反应合成有机物 B.图示的代谢方式可以有效地避免 植物蒸腾过度导致脱水，从而使 该类植物适应干旱环境 C.与常见的C3代谢途径植物相比，夜间更适于放置在室内的是景天酸代谢途径 植物 D.多肉植物在其原生地环境中，其液泡中的pH会呈现白天升高晚上降低的周 期性变化
光合作用暗反应的进行，需要光反应提供 NADPH和ATP，黑暗条件 下，光反应不能进行，不能为暗反应提供NADPH和ATP，因而C5与 C3之间的转化受影响，D错误。
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4.(2022·河北邯郸高一期末)玉米叶片具有特殊
的结构，其维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可以
利用PEP羧化酶固定较低浓度的CO2，并转移 到维管束鞘细胞中释放，参与光合作用的暗反
PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍， 所以C4植物能利用叶肉细胞间隙含量很低的CO2进行光合作用，反应的 空间分离导致维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞增加10倍，从而确保 在CO2受限的条件下进行高效地碳固定。C4植物通常生长在强光环境中， 光合作用速率在所有植物中最高，如玉米、甘蔗、高粱等。
C3植物既有阳生植物也有阴生植物，C4植物都为阳生植物，A错误； C4植物的维管束鞘细胞的叶绿体不含有基粒，而叶肉细胞的叶绿体 含有基粒，C错误； C4植物的叶片中，围绕着维管束的是呈“花环型”的两圈细胞：里 面的一圈是维管束鞘细胞，外面的一圈是一部分叶肉细胞，D错误。
例2 原本生活在干旱地区的多肉植物，经研究发现其CO2固定过程非常特 殊，被称为景天酸代谢途径。其光合作用产生的中间产物苹果酸在CO2 的固定和利用过程中起到重要作用，过程如图所示。
(3)由图可见，光呼吸和光合作用的关系密切，它们之间的关系可以作一 形象的理解：糖工厂内(进行光合作用的细胞，特别是植物)的葡萄糖生 产线(光合作用)因一部机器(Rubisco)构造不完善，一部分原材料(C5)不断 被错误加工，产出次品(磷酸乙醇酸)，虽然有一补救措施，可将次品重 加工并再次投入生产线，但是整个过程却是非常费时费力的。这个错误 加工和补救的过程就是光呼吸。
例1 下列有关C3植物和C4植物代谢和结构特点的描述，正确的是 A.C3植物多为阴生植物，C4植物多为阳生植物
√B.在进行光合作用时，C3植物和C4植物将CO2中的C分别首先转移到C3和
C4中 C.C3植物的叶肉细胞具有正常叶绿体，C4植物的叶肉细胞具有无基粒的
叶绿体
D.C4植物的维管束鞘外有“花环型”的两圈细胞
应。据图分析，下列说法不正确的是
√A.维管束鞘细胞的叶绿体能进行正常的光反应
B.维管束鞘细胞中暗反应过程仍需要ATP和
NADPH
C.PEP羧化酶对环境中较低浓度的CO2具有富集作用 D.玉米特殊的结构和功能，使其更适应高温干旱环境
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光反应的场所是叶绿体的类囊体薄 膜，基粒是由类囊体堆叠而成的， 维管束鞘细胞的叶绿体没有基粒， 所以维管束鞘细胞的叶绿体不能进 行光反应，A错误。
耗有机物总量)。下列分析正确的是
A.植物叶肉细胞内CO2的固定发生在叶绿体内膜上 B.R酶催化CO2与C5反应时需要NADPH和ATP
√C.增大CO2浓度后，植物叶肉细胞内的C3/C5的值增大
D.增大O2/CO2的值，有利于提高植物的净光合速率
植物叶肉细胞内CO2的固定为暗反应过程，发生在叶绿体基质中，A 错误； R 酶 催 化 CO2 与 C5 反 应 时 不 需 要 NADPH 和 ATP ， C3 还 原 时 需 要 NADPH和ATP，B错误； 增大CO2浓度有利于R酶催化CO2与C5反应生成C3，因此植物叶肉细 胞内的C3/C5的值增大，C正确； 增大O2/CO2的值后R酶与O2结合增多，催化C5的分解，CO2的固定过 程减弱，植物的净光合速率下降，D错误。
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3.如图为植物体内发生的光合作用和光呼吸的示意图，相关叙述正确的是 A.光合作用过程中CO2在叶绿体类
囊体薄膜上被利用
√B.农业上，控制好大棚中O2和CO2
含量有利于农作物增产 C.在高O2含量的环境中，植物不能
进行光合作用 D.将植物突然置于黑暗环境中，叶绿体中C5与C3间的转化不受影响
例4 (2022·北京丰台高一期末)Rubisco是绿色植物光合作用过程中的关键酶， 当CO2浓度较高时，该酶催化CO2与C5反应进行光合作用。当O2浓度较高 时，该酶催化C5与O2反应，最后在线粒体内生成CO2，植物这种在光下 吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。下列叙述错误的是 A.绿色植物进行光呼吸的场所有叶绿体基质和线粒体 B.植物光呼吸的进行导致光合作用产生的有机物减少
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2.(2022·浙江绍兴高一期末)景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的
CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并 储存在液泡中(如图甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供 叶绿体的暗反应(如图乙)。
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下列关于这类植物的叙述错误的是 A.在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的
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1.下列关于高粱和玉米叶的结构及其光合作用过程的叙述，正确的是
①围绕着维管束鞘的叶肉细胞排列疏松 ②叶肉细胞的叶绿体有正常的
基粒 ③NADPH储存了能量，并具有还原性 ④CO2中的C首先转移到
C4中，然后才转移到C3中 ⑤光能转化为电能时，电子的最终受体是
ATP和NADP＋
A.①③⑤
(2) 二 氧 化 碳 和 氧 气 竞 争 性 地 与 Rubisco 结 合 ， 当 二 氧 化 碳 浓 度 高 时 ， Rubisco催化RuBP与二氧化碳形成两分子C3进行卡尔文循环；当氧气浓 度高时，Rubisco催化RuBP与氧气形成1分子C3和1分子磷酸乙醇酸(C2)， 其中C3进入卡尔文循环，而磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成乙醇酸，乙醇 酸就离开叶绿体，走上了光呼吸的征途，这条路艰难而曲折，有害也有 利。基本过程见下图。
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光合作用过程中，CO2参与暗反应，场所是叶绿体基质，A错误； 分析题图可知，O2和CO2的浓度会影响光合作用和光呼吸，故农业上 控制好大棚中 O2和CO2含量有利于农作物增产，B正确； 在高 O2含量的环境中，产生的C3也可用于卡尔文循环，进而生成糖， C错误；
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微专题三
C3、C4、CAM植物及光呼吸
一、C3、C4和CAM植物 自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不
同可以分为C3、C4和CAM三种类型。 1.C3途径：也称卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3)]，整个 循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质 中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、 大豆、水稻、马铃薯等。
2.光呼吸的危害 如果在较强光照下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，一部分碳以 CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过 程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。
3.光呼吸的意义 其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一 定积极意义，这也许是进化过程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生 理意义如下： (1)回收碳元素。2分子的C2形成1分子的C3和1分子的CO2，那1分子C3通 过光呼吸过程又返回到卡尔文循环中，不至于全部流失掉。即通过光呼 吸回收了3/4的碳元素。
3.CAM途径：在CAM植物中，碳捕 获和固定的反应在时间上是分离的。 首先，在晚上(此时蒸腾速率低)捕获 CO2，然后转变成苹果酸存储在液泡 中。到了白天，气孔关闭，苹果酸脱 羧，使得叶绿体中Rubisco周围CO2浓 度升高。大量的苹果酸存储需要更大的液泡和细胞，因此CAM植物一般 具有肉质的茎叶。
归纳总结
C3植物、C4植物和CAM植物的比较
特征 植物类型
C3植物
C4植物
典型热带或亚 典型温带植物
热带植物
CAM植物 典型干旱地区植物
主要CO2固定酶
Rubisco
PEP羧化酶、 PEP羧化酶、 Rubisco
Rubisco
CO2 固定的时间 发生CO2固定的 细胞
白天 叶肉细胞
白天 叶肉细胞和维 管束鞘细胞
2.C4途径：[固定CO2的初产物是四碳化合物(C4)]研究玉米的叶片结构发 现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的叶 绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4 化合物进入维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2 参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。
细胞器只有线粒体 B.景天酸代谢(CAM)途径的出现，
可能与植物适应干旱条件有关 C.给植物提供14C标记的14CO2，14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机
物中
√D.若上午某一时刻，突然降低外界CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时
间内会降低
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在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，对于该叶肉细胞来说， 其暗反应不受影响，即C3的含量不受影响，D错误。
归纳总结
光呼吸与暗呼吸的比较
比较项目 底物
发生部位 反应条件
能量 共同点
光呼吸
暗呼吸(有氧呼吸)
乙醇酸
糖、脂肪、蛋白质
叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 细胞质基质、线粒体
光照
光或暗都可以
消耗能量(消耗ATP和NADPH)
产生能量
消耗氧气，放出二氧化碳
例3 植物叶肉细胞的叶绿体基质中有R酶，既能与CO2结合，催化CO2与C5 反应生成C3，也能与O2结合，催化C5的分解。CO2和O2在与R酶结合时具 有竞争性相互抑制(净光合速率＝光合作用产生有机物总量－细胞呼吸消
二、光呼吸 光呼吸是所有进行光合作用的细胞(该处“细胞”包括原核生物和真
核生物，但并非所有这些细胞都能进行完整的光呼吸)在光照和高氧低二 氧化碳情况下发生的一个生化过程。该过程以光合作用的中间产物为底 物，吸收氧、释放二氧化碳。 1.光呼吸的起因 (1)植物体为什么会发生光呼吸呢？主要原因是在生物体的进化过程中产 生 了 一 种 具 有 双 功 能 的 酶 ， 该 酶 叫 作 RuBP 羧 化 / 加 氧 酶 ， 可 以 缩 写 为 Rubisco。
√C.光合作用过程中，CO2和C5反应需要消耗光反应产生的能量
D.植物细胞呼吸产生CO2的场所为细胞质基质或线粒体基质
由题意可知，绿色植物进行光呼吸的过程为C5与O2反应，最后在线 粒体内生成CO2，因此场所为叶绿体基质和线粒体，A正确； 植物光呼吸的过程会消耗C5生成CO2，因此会导致光合作用产生的有 机物减少，B正确； 光合作用过程中CO2与C5反应生成C3，不需NADPH和ATP参与，C错误。
白天和夜晚 叶肉细胞
卡尔文循环 叶肉细胞的叶 维管束鞘细胞的
叶肉细胞的叶绿体基质
的场所 绿体基质
叶绿体基质
最初CO2接 受体
RuBP(C5)
PEP
光下：RuBP(C5)；
暗中： PEPCO2固定的 最初产物 NhomakorabeaC3
C4
光下：C3； 暗中：草酰乙酸
C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用， 最终还是通过C3途径合成有机物。
(2)防止强光对叶绿体的破坏。在干旱天气和过强光照下，由于光反应速 率大于暗反应速率，因此，叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质 积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而 强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而 减轻对叶绿体的伤害。当然植物体还有很多避免强光下损伤叶绿体的机 制，光呼吸算是其中之一。 (3)消除乙醇酸对细胞的毒害。