高中生物光合作用情景素材

光合作用情景素材一、C3植物與C4植物1.分類依據(jù)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：(1)C3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C3途徑，如水稻、小麥、棉花、大豆等大多數(shù)植物。(2)C4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C4途徑，如甘蔗、玉米、高粱等。2.葉片的顯微結(jié)構(gòu)區(qū)別C4植物葉片的維管束薄壁細(xì)胞較大，其中含有許多較大的葉綠體，葉綠體沒有基粒或基粒發(fā)育不良；維管束鞘的外側(cè)密接一層成環(huán)狀或近于環(huán)狀排列的葉肉細(xì)胞，組成了“花環(huán)型”結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是C4植物葉片所特有的特征。葉肉細(xì)胞內(nèi)的葉綠體數(shù)目少，個體小，有基粒。C3植物的維管束鞘薄壁細(xì)胞較小，不含或很少葉綠體，沒有“花環(huán)型”結(jié)構(gòu)，維管束鞘周圍的葉肉細(xì)胞排列松散。植物類型植物植物葉片的解剖結(jié)構(gòu)無“花環(huán)型”結(jié)構(gòu)維管束鞘細(xì)胞及周圍的一部分葉肉細(xì)胞構(gòu)成“花環(huán)型”結(jié)構(gòu)葉綠體的類型有一種類型的葉綠體，主要位于葉肉細(xì)胞中有兩種類型的葉綠體，葉肉細(xì)胞的葉綠體正常，維管束鞘細(xì)胞的葉綠體沒有基粒3.淀粉粒形成的場所C4植物通過磷酸烯醇式丙酮酸固定二氧化碳的反應(yīng)是在葉肉細(xì)胞中進行的，生成的四碳雙羧酸轉(zhuǎn)移到維管束鞘薄壁細(xì)胞中，放出二氧化碳，參與卡爾文循環(huán)，形成糖類，所以甘蔗、玉米等C4植物進行光合作用時，只有維管束鞘薄壁細(xì)胞形成淀粉，在葉肉細(xì)胞中沒有淀粉。而水稻等C3植物由于僅有葉肉細(xì)胞含有葉綠體，整個光合過程都是在葉肉細(xì)胞里進行，淀粉亦只是積累在葉肉細(xì)胞中，維管束鞘薄壁細(xì)胞不積存淀粉。4、在生理上，C4植物一般比C3植物具有較強的光合作用，這是與C4植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性較強，光呼吸很弱有關(guān)?？栁难h(huán)的CO2固定是通過核酮糖二磷酸羧化酶的作用來實現(xiàn)的，C4途徑的CO2固定是由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化來完成的。兩種酶都可使CO2固定。但它們對CO2的親和力卻差異很大。試驗證明，C4植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活性比C3植物的強60倍，因此，C4植物的光合速率比C3植物快許多，尤其是在二氧化碳濃度低的環(huán)境下，相差更是懸殊。由于磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶對CO2的親和力大，所以，C4植物能夠利用低濃度的二氧化碳，而C3植物不能。由于C4植物能利用低濃度的CO2，當(dāng)外界干旱氣孔關(guān)閉時，C4植物就能利用細(xì)胞間隙里的含量低的CO2，繼續(xù)生長，C3植物就沒有這種本領(lǐng)。所以，在干旱環(huán)境中C4植物生長比C3植物好。C4植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性較強，對CO2的親和力很大，這種酶就起一個“二氧化碳泵”的作用，把外界CO2“壓”進維管束鞘薄壁細(xì)胞中去，增加維管束鞘薄壁細(xì)胞的CO2。所以，C4植物在較低CO2濃度時光合速率高于C3植物。與C3植物相比，C4植物二氧化碳飽和點低，而光飽和點高，光合效率高，這是判斷C4物的標(biāo)準(zhǔn)之一。C4植物是通過C4途徑同化碳的植物，它同時具備C3和C4兩條途徑，C4途徑本身不能將CO2還原成糖，只能改善CO2的供應(yīng)，是一種輔助系統(tǒng)。從下圖中可知，植物A的光補償點（即在光照下，植物光合作用吸收的CO2量與呼吸作用釋放的CO2量達到動態(tài)平衡時外界環(huán)境中的CO2濃度）高，它是C3植物。植物B是C4植物。二、CAM途徑：CAM植物夜間吸進CO2，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，CO2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。從而表現(xiàn)出夜間淀粉減少，蘋果酸增加，細(xì)胞液pH下降。而白天氣孔關(guān)閉，蘋果酸轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中脫羧，放出CO2，進入C3途徑合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再還原成三碳糖，最后合成淀粉或者轉(zhuǎn)移到線粒體，進一步氧化釋放CO2，又可進入C3途徑。從而表現(xiàn)出白天淀粉增加，蘋果酸減少，細(xì)胞液pH上升。常見的CAM植物有菠蘿、蘆薈、蘭花、百合、仙人掌等。三、光呼吸光呼吸是伴隨著光合作用發(fā)生的吸收O2、放出CO2的過程。它是在光照條件下發(fā)生的呼吸作用，故名光呼吸。雖然也吸收O2放出CO2，但不生成ATP反而消耗物質(zhì)和能量。1.酶——Rubisco酶

Rubisco酶是一種雙功能酶，它既催化CO2的固定（C5+CO2→2C3），進行光合作用，同時又催化C5的加氧反應(yīng)（C5+O2→C3+C2）進行光呼吸。其催化反應(yīng)的方向決定于CO2/O2比值。比值增大，CO2的固定反應(yīng)增強，進行光合作用；比值減小，加氧反應(yīng)增強，進入光呼吸途徑。2.光呼吸的場所：葉綠體、過氧化物酶體、線粒體

3.光呼吸過程C5中碳元素的轉(zhuǎn)移途徑：C5→乙醇酸→乙醛酸→甘氨酸→CO2（見圖示）4.二氧化碳的猝發(fā)：是指在光照突然停止之后釋放出大量的二氧化碳的現(xiàn)象。光合作用停止而光呼吸還在進行造成的。5.光呼吸的意義：（1）不利影響：光呼吸消耗掉暗反應(yīng)的底物C5，導(dǎo)致光合作用減弱，農(nóng)作物產(chǎn)量降低。（2）有利影響：常考兩點：產(chǎn)生CO2用于光合作用，減少碳損失；消耗高光強產(chǎn)生過多的NADPH和ATP，保護光合結(jié)構(gòu)。具體:①消除乙醇酸對細(xì)胞的不利影響②乙醇酸對細(xì)胞有毒害作用，它的產(chǎn)生在代謝中是不可避免的。②氮代謝的補充光呼吸代謝中涉及多種氨基酸（甘氨酸、絲氨酸等）的形成和轉(zhuǎn)化過程，可為蛋白質(zhì)合成提供部分原材料。③防止強光對光合結(jié)構(gòu)的破壞在強光下，光反應(yīng)中形成的NADPH和ATP會超過暗反應(yīng)的需要，葉綠體中NADPH/NADP、ATP/ADP的比值增高，由光激發(fā)的高能電子會傳遞給O2，形成超氧陰離子自由基O2-，O2-對光合結(jié)構(gòu)具有傷害作用，而光呼吸可消耗過剩的同化力和高能電子，減少O2-的形成，從而保護光合結(jié)構(gòu)。

光呼吸是在長期進化過程中，為了適應(yīng)高氧低二氧化碳的環(huán)境，提高抗逆性而形成的一條代謝途徑，具有重要的生理意義?！玖?xí)題連接】1.景天科植物有一個很特殊的CO2同化方式:夜間氣孔開放,吸收的CO2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CO2用于光合作用,其部分代謝途徑如圖1;將小麥綠色葉片放在溫度適宜的密閉容器內(nèi),測量在不同的光照條件下容器內(nèi)O2量的變化,結(jié)果如圖2,據(jù)圖回答以下問題:(1)植物氣孔開閉的特點與其生活環(huán)境是相適應(yīng)的,推測景天科植物生活環(huán)境最可能是的,從進化角度看,這種特點的形成是的結(jié)果。該類植物夜晚吸收的CO2(填“能”或“不能”)合成葡萄糖,原因是。(2)結(jié)合圖1可知,景天科植物參與卡爾文循環(huán)的CO2直接來源于過程。(3)如果白天適當(dāng)提高CO2濃度,景天科植物的光合作用速率(填“增加”或“降低”或“基本不變”)?！敬鸢浮?1)炎熱干旱自然選擇不能沒有光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH(2)蘋果酸的脫羧和呼吸作用(3)基本不變2.甘蔗是我國南方熱帶地區(qū)廣泛種植的植物。比較甘蔗和小麥的葉片結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，小麥的維管束鞘細(xì)胞幾乎不含葉綠體，光合作用的全過程在葉肉細(xì)胞的葉綠體中完成。而甘蔗的維管束鞘細(xì)胞和葉肉細(xì)胞緊密排列，葉肉細(xì)胞的葉綠體中含發(fā)達基粒，維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中無基粒或基粒發(fā)育不良。甘蔗細(xì)胞暗反應(yīng)中碳同化的過程先后發(fā)生在葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中（如下圖所示），其中催化葉肉細(xì)胞葉綠體中碳同化過程的PEP羧化酶對CO2具有很高的親和力，使葉肉細(xì)胞能有效地固定和濃縮較低濃度的CO2；而發(fā)生在維管束鞘細(xì)胞葉綠體中的碳同化過程（又稱卡爾文循環(huán)）只有在CO2濃度較高時才能在RuBP羧化酶催化下固定CO2。（1）下圖中，碳同化過程中CO2的受體是______；光反應(yīng)主要發(fā)生在______（填“葉肉細(xì)胞”“維管束鞘細(xì)胞”或“葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞”）的葉綠體中，它能夠為卡爾文循環(huán)中C3還原提供______。（2）將甘蔗置于適宜光照下一段時間后，取一片正常葉片，脫色處理后滴加碘液，做葉片的橫切面裝片，放在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)葉肉細(xì)胞不變藍而維管束鞘細(xì)胞變藍，原因是______。（3）通常情況下，植物在干旱、強光、高溫條件下，為了防止水分過度蒸發(fā)，葉片上的氣孔常常關(guān)閉，導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)的CO2含量減少，有機物的合成量隨之下降，但甘蔗有機物的合成量受上述條件的影響不大，原因是______?！敬鸢浮浚?）C3和C5（或PEP和RuBP）（2分）葉肉細(xì)胞NADPH（或[H]）和ATP（2分）（2）葉肉細(xì)胞中不能進行卡爾文循環(huán)產(chǎn)生淀粉，而維管束鞘細(xì)胞中能進行卡爾文循環(huán)產(chǎn)生淀粉（2分）（3）甘蔗葉肉細(xì)胞中催化碳同化過程的PEP羧化酶對CO2具有很高的親和力，使葉肉細(xì)胞能有效地固定和濃縮較低濃度的CO2產(chǎn)生C4，C4進入維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中分解產(chǎn)生CO2，用于卡爾文循環(huán)合成有機物（2分）3.某種植物固定CO2的方式比較特殊,夜間吸收的CO2生成蘋果酸儲存在液泡中,白天蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放CO2用于光合作用,其過程如圖1所示;圖2表示不同地區(qū)A、B、C三類植物在晴朗夏季的光合作用日變化曲線。請據(jù)圖分析并回答:(1)圖1所示植物細(xì)胞對應(yīng)圖2中的類植物(用字A、B、C表示),其在中午12點時光合作用所需的CO2來源有,該植物在夜間產(chǎn)生ATP的場所有。(2)在上午10點時,突然降低環(huán)境中CO2濃度后的一小段時間內(nèi),圖2中植物A、B細(xì)胞中C3含量的變化分別是。(3)m點是曲線C與X軸交點,影響m點向左移動的因素有。A.植物缺鎂B.調(diào)整溫度使之更適合光合作用C.天氣轉(zhuǎn)陰D.C02濃度適當(dāng)上升E.C02濃度適當(dāng)下降(4)在一定的二氧化碳濃度和適宜溫度下，把圖2中A植物的葉片置于5千勒克斯(光合作用總速率為44mgCO2/100cm2葉?小時)光照下14小時，其余時間置于黑暗中(細(xì)胞呼吸速率為6.6mgCO2/100cm2葉?小時)，則一天內(nèi)該植物每25cm2葉片葡萄糖積累量為mg(用CO2的凈吸收量表示)。（5）圖1細(xì)胞固定CO2的方式是對環(huán)境的適應(yīng)，推測其生活環(huán)境的特點是(填“炎熱干旱”或“溫暖潮濕”)，從進化角度看，其固定CO2的特殊方式是的結(jié)果。答案（1）A蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放、細(xì)胞呼吸產(chǎn)生細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體（2）A基本不變，B下降（3）BD（4）114.4(5)炎熱干旱;自然選擇4.研究發(fā)現(xiàn)，植物的Rubisco酶具有“兩面性”，CO2濃度較高時，該酶催化C5與CO2反應(yīng)，完成光合作用；O2濃度較高時，該酶催化C5與O2反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)一系列變化后到線粒體中會產(chǎn)生CO2，這種植物在光下吸收O2產(chǎn)生CO2的現(xiàn)象稱為光呼吸．請回答：（1）Rubisco酶的存在場所為_______，Rubisco酶既可催化C5與CO2反應(yīng)，也可催化C5與O2反應(yīng)，這與酶的專一性相矛盾，其“兩面性”可能因為在不同環(huán)境中酶_____發(fā)生變化導(dǎo)致其功能變化。（2）在較高CO2濃度環(huán)境中，Rubisco酶所催化反應(yīng)的產(chǎn)物是______，該產(chǎn)物進一步反應(yīng)還需要______（物質(zhì)）。（3）夏季中午，水稻會出現(xiàn)“光合午休”，此時光合作用速率明顯減弱，而CO2釋放速率明顯增強，其原因是。（4）研究表明，光呼吸會消耗光合作用新形成有機物的1/4，因此提高農(nóng)作物產(chǎn)量需降低光呼吸．小李同學(xué)提出了如下減弱光呼吸，提高農(nóng)作物產(chǎn)量的措施：①適當(dāng)降低溫度；②適當(dāng)提高CO2濃度；不能達到目的措