高三生物二輪復(fù)習(xí)光合呼吸拓展光呼吸C3C4CAM

光呼吸是指葉肉細胞在光照和高氧低二氧化碳的情況下發(fā)生的一種吸收O2產(chǎn)生CO2的現(xiàn)象。光呼吸現(xiàn)象產(chǎn)生的分子機制是O2和CO2競爭Rubisco酶。在暗反應(yīng)中，Rubisco酶能夠以CO2為底物實現(xiàn)CO2的固定；在光下，當O2濃度高、CO2濃度低時，O2會競爭Rubisco酶，在光的驅(qū)動下將碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一個高耗能的反應(yīng)，正常生長條件下光呼吸就可損耗掉光合產(chǎn)物的25%～30%，導(dǎo)致凈光合速率下降。科學(xué)家在基因工程方面做出多種嘗試，試求降低植物的光呼吸，促進植物成長。但是后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，光呼吸可補充由于氣孔部分關(guān)閉而造成的CO2不足問題,可消除多余的NADPH和ATP，減少細胞受損的可能，有其正面意義。（有數(shù)據(jù)表明，植物體在低濃度CO2情況下，葉綠體內(nèi)NADPH／NADP+比值較高，會導(dǎo)致更多自由基生成，使葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能受到損傷。）1.光呼吸對植物體的意義是？

光呼吸可減少自由基的形成，使葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能免受損傷，對植物有保護作用；光呼吸過程產(chǎn)生的CO2可保持CO2濃度低時暗反應(yīng)的運轉(zhuǎn)等。（2）回收碳元素。2分子的C2形成1分子的C3和CO2，這1分子C3通過光呼吸過程又返回到卡爾文循環(huán)中，不至于全部流失掉。即通過光呼吸回收了3/4的碳元素。2.抑制光呼吸對農(nóng)作物生產(chǎn)的意義是？

抑制光呼吸可以減少其對ATP和NADPH和C5的消耗，有利于植物進行卡爾文循環(huán)合成糖類，從而使農(nóng)作物增產(chǎn)C4途徑：研究玉米的葉片結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，玉米的維管束鞘細胞和葉肉細胞緊密排列(如圖1)。葉肉細胞中的葉綠體有類囊體能進行光反應(yīng)，同時，CO2被整合到C4化合物中，隨后C4化合物進入維管束鞘細胞，維管束鞘細胞中沒有完整的葉綠體，在維管束鞘細胞中，C4化合物釋放出的CO2參與卡爾文循環(huán)，進而生成有機物(如圖2)。PEP羧化酶被形象地稱為“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有較強光合作用(特別是在高溫、光照強烈、干旱條件下)能力，并且無光合午休現(xiàn)象。常見C4植物有玉米、甘蔗、高粱、莧菜等。拓展一---C3植物、C4植物和CAM植物草酰乙酸胞間連絲蘋果酸CAM途徑：CAM（景天酸代謝途徑）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，細胞液pH下降。

而白天氣孔關(guān)閉，蘋果酸轉(zhuǎn)移到細胞質(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，細胞液pH上升。常見的CAM植物有菠蘿、蘆薈、蘭花、百合、仙人掌等。C3植物、C4植物和CAM植物植物在進化過程中形成了下列幾種常見的光合作用模式。請回答下列相關(guān)問題：(1)據(jù)圖分析，C3途徑、C4途徑和景天酸代謝途徑反應(yīng)過程既有共同點，也有差異。三者都能在暗反應(yīng)過程中將CO2固定為________化合物，并利用____________(場所)產(chǎn)生的____________中的化學(xué)能，合成糖類等有機物。(2)比較模式二和模式三途徑，CO2的固定次數(shù)分別為________次，固定CO2的物質(zhì)（受體）是

_____其中模式三途徑CO2固定的場所是____________________。(3)RUBP羧化酶和PEP羧化酶分別是C3途徑和C4途徑固定CO2的兩種關(guān)鍵酶。RUBP羧化酶是一種雙功能酶，既能固定CO2，又能催化C5與O2結(jié)合發(fā)生氧化分解。催化方向取決于CO2和O2的濃度，推測當O2與CO2的比值________(填“高”或“低”)時有利于光合作用而降低光呼吸。玉米作為C4植物，中午不會出現(xiàn)光合作用“午休”現(xiàn)象，其原因是________。(4)仙人掌以其特有的光合作用模式適應(yīng)沙漠環(huán)境，是長期________的結(jié)果，根據(jù)仙人掌生活的環(huán)境特點推斷其光合作用的模式為模式________(填“一”“二”或“三”)。判斷理由是______。(1)C3

類囊體薄膜

ATP、NADPH([H])2，2

PEP、C5

細胞質(zhì)基質(zhì)，葉綠體基質(zhì)(3)低

PEP羧化酶活性高，能固定較低濃度的CO2(4)自然選擇

三沙漠中水分少，白天溫度高，仙人掌白天氣孔關(guān)閉，夜晚氣孔開放吸收CO2并形成蘋果酸，白天利用蘋果酸脫羧產(chǎn)生的CO2進行光合作用合成有機物總結(jié)：C3植物、C4植物和CAM植物的比較特征C3植物C4植物CAM植物與CO2結(jié)合的物質(zhì)RuBP(C5)PEPPEPCO2固定的最初產(chǎn)物C3C4草酰乙酸CO2固定的時間白天白天夜晚和白天光反應(yīng)的場所葉肉細胞類囊體薄膜葉肉細胞類囊體薄膜葉肉細胞類囊體薄膜卡爾文循環(huán)的場所葉肉細胞的葉綠體基質(zhì)維管束鞘細胞的葉綠體基質(zhì)葉肉細胞的葉綠體基質(zhì)有無光合午休有無無二.C3植物、C4植物和CAM植物C3途徑是碳同化的基本途徑，C4途徑和CAM途徑都只起固定CO2的作用，最終還是通過C3途徑合成有機物。思考：（1）景天科植物白天葉肉細胞進行卡爾文循環(huán)時所需要的CO2來自于

（答出兩種）等物質(zhì)的分解。葉肉細胞中能夠同時進行多種化學(xué)反應(yīng)，而不會互相干擾，從細胞結(jié)構(gòu)上分析，原因是

。其葉肉細胞中，能夠產(chǎn)生ATP的場所是

。ATP能夠作為細胞中絕大多數(shù)生命活動的直接能源物質(zhì)，原因是

。（2）景天科植物在夜晚黑暗條件下____（填“能”或“不能”）制造O2，理由是

。（3）景天科植物在夜晚黑暗條件下____（填“能”或“不能”）制造有機物，理由是

。（4）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______，從進化角度看，這種特點的形成是______的結(jié)果。（1）蘋果酸、丙酮酸

由于細胞內(nèi)具有生物膜系統(tǒng)，使各個具膜細胞器成為相對獨立的小室，故能夠同時進行多種化學(xué)反應(yīng)，而不會互相干擾。P52

葉綠體、線粒體和細胞質(zhì)基質(zhì)

含有高能磷酸鍵，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、遠離A的高能磷酸鍵容易水解釋放能量p86

（2）不能O2是光反應(yīng)階段產(chǎn)生的，夜晚沒有光照，不能進行光反應(yīng)

（3）不能

沒有光照，光反應(yīng)不能進行，無法為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH

（4）炎熱干旱

自然選擇

景天科植物（2021·濰坊一模）景天科植物具有獨特的晝夜節(jié)律，在晚上植物體內(nèi)蘋果酸含量升高，糖分含量下降；白天則相反，酸度下降，糖分增多；相應(yīng)的代謝途徑被稱為CAM途徑，具有此類代謝途徑的植物稱為CAM植物。圖Ⅰ為一晝夜大葉落葉生根（一種CAM植物）CO2吸收速率變化情況，圖2為相同時間段內(nèi)該植物凈光合速率的變化情況。

（1）據(jù)圖推測，CAM植物的氣孔在______________（填“白天”或“晚上”）開放，細胞中________很可能是臨時儲存CO2的載體。（2）研究發(fā)現(xiàn)，CAM植物細胞中的CO2最早被磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）固定，生成草酰乙酸（OAA），再進一步被還原并大量積累于液泡中。為保證CAM途徑的持續(xù)進行，物質(zhì)______________（填英文字母簡稱）應(yīng)通過一定化學(xué)反應(yīng)不斷重新生成并釋放到細胞質(zhì)中。該途徑可通過_________________法追蹤C元素的轉(zhuǎn)移路徑加以證實。（3）分析圖中信息推測，CAM途徑是對_______________（填“干旱”或“濕潤”）環(huán)境的適應(yīng)；該途徑除維持光合作用外，對植物的生理意義還表現(xiàn)在___________________。（4）假設(shè)晝夜溫度不變，若要利用圖2信息計算大葉落葉生根上午10時的實際光合速率，計算的思路是_________。晚上

蘋果酸PEP同位素標記

干旱

有效避免白天旺盛的蒸騰作用造成水分過多散失

將晚上的呼吸速率與上午10時的凈光合速率相加即為上午10時的實際光合速率3.（2022·江蘇高考）圖1所示為光合作用過程中部分物質(zhì)的代謝關(guān)系（①～⑦表示代謝途徑）。Rubisco是光合作用的關(guān)鍵酶之一，CO2和O2競爭與其結(jié)合，分別催化C5的羧化與氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化則產(chǎn)生乙醇酸（C2），C2在過氧化物酶體和線粒體協(xié)同下，完成光呼吸碳氧化循環(huán)。請都圖回各下列問題：

（1）圖1中，類囊體膜直接參與的代謝途徑有

（①～⑦），在紅光照射條件下，參與這些途徑的主要色素是

。

（2）在C2循環(huán)途徑中，乙醇酸進入過氧化物酶體被繼續(xù)氧化，同時生成的

在過氧化氫酶催化下迅速分解為O2和H2O。

（3）將葉片置于一個密閉小室內(nèi)，分別在CO2濃度為0和0.03%的條件下測定小室內(nèi)CO2濃度的變化，獲得曲線a、b（圖2）。①曲線a，0～t1時段（沒有光照，只進行呼吸作用）釋放的CO2源于細胞呼吸；t1～t2時段，CO2的釋放速度