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高考生物二輪復(fù)習(xí)微專(zhuān)題學(xué)案
1　C3植物、C4植物、CAM(景天酸途徑)、光呼吸的分析應(yīng)用
C3植物、C4植物、CAM(景天酸途徑)、光呼吸常見(jiàn)問(wèn)題歸納
光合作用的暗反應(yīng)過(guò)程被稱(chēng)為碳同化。高等植物碳同化有三條途徑:卡爾文循環(huán)(C3途徑)、C4途徑和景天科(CAM)植物代謝途徑。卡爾文循環(huán)就是高中生物學(xué)教材中介紹的光合作用暗反應(yīng),C4途徑和CAM植物碳同化途徑如圖甲所示。
(1)C3、C4植物和景天科植物光反應(yīng)產(chǎn)物相同,它們的光反應(yīng)產(chǎn)物是　　　　　　　; C4途徑和CAM途徑固定CO2都要經(jīng)歷C3循環(huán),其發(fā)生的場(chǎng)所是　　　　。 觀察圖乙,發(fā)現(xiàn)C4植物維管束鞘細(xì)胞沒(méi)有完整的葉綠體,結(jié)合圖甲,推測(cè)其可能缺少　　　(填“基粒”或“基質(zhì)”),不能進(jìn)行　　　　(填 “光反應(yīng)”或“暗反應(yīng)”)。
(2)據(jù)圖甲可知,C4植物和CAM植物在捕獲和固定大氣中的CO2的方式上最明顯的區(qū)別是　　　　　　　。C4植物可固定CO2的物質(zhì)是　　　　　　,PEP羧化酶與CO2的親和力是Rubisco的60倍,能固定低濃度的CO2。據(jù)此分析,C4植物在高溫干旱地區(qū)仍有較高的光合速率的原因是　　　　　　　　　　。
(3)CAM植物葉肉細(xì)胞液泡的pH白天比夜晚要　　　　(填“高”或“低”)。CAM植物夜晚能吸收CO2卻不能合成葡萄糖是因?yàn)椤　　　　　　　　　　　　　　　倪m應(yīng)性角度分析,CAM植物夜間開(kāi)啟氣孔,白天關(guān)閉氣孔的意義是　　　 　　　　。
(4)光呼吸是指O2濃度高、CO2濃度低時(shí),O2會(huì)競(jìng)爭(zhēng)Rubisco使其在光下驅(qū)動(dòng)加氧反應(yīng)。正午時(shí)C3植物有光合午休現(xiàn)象而C4植物無(wú)此現(xiàn)象,請(qǐng)分析在正午時(shí),　　　　(填“C3植物”或“C4植物”)的光呼吸強(qiáng)度更小,原因是　 　 。
(5)從CO2固定途徑分析(不考慮光呼吸),與C4植物相比,CAM植物的光合速率　　　　(填“更大”“更小”或“無(wú)差異”),原因是　　　 　　　　　　　　　　　　。
(6)將葉片置于一個(gè)密閉小室內(nèi),分別在CO2初始濃度為0和0.03%的條件下測(cè)定小室內(nèi)CO2濃度的變化,獲得曲線(xiàn)a、b。
①曲線(xiàn)a,0~t1時(shí)段(沒(méi)有光照,只進(jìn)行呼吸作用),釋放的CO2源于細(xì)胞呼吸;t1~t2時(shí)段,CO2的釋放速度有所增加,此階段的CO2源于　　　　　　　。
②曲線(xiàn)b,當(dāng)時(shí)間到達(dá)t2點(diǎn)后,室內(nèi)CO2濃度不再改變,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
典型例題 [2023·湖南卷] 如圖是水稻和玉米的光合作用暗反應(yīng)示意圖。卡爾文循環(huán)的Rubisco酶對(duì)CO2的Km為450 μmol·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?chē)@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7 μmol·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)。回答下列問(wèn)題:
(1)玉米的卡爾文循環(huán)中第一個(gè)光合還原產(chǎn)物是　　　　　　(填具體名稱(chēng)),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。
(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)。
(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)。
高考生物二輪復(fù)習(xí)微專(zhuān)題學(xué)案
1　C3植物、C4植物、CAM(景天酸途徑)、光呼吸的分析應(yīng)用（參考答案）
【C3植物、C4植物、CAM(景天酸途徑)、光呼吸常見(jiàn)問(wèn)題歸納】
(1)O2、NADPH、ATP　葉綠體基質(zhì)　基粒　光反應(yīng)
(2)C4植物捕獲和固定CO2的反應(yīng)在空間上分離,CAM植物捕獲和固定CO2的反應(yīng)在時(shí)間上分離　PEP和C5　干旱環(huán)境下部分氣孔關(guān)閉,PEP羧化酶與CO2的親和力強(qiáng),能利用低濃度的CO2繼續(xù)進(jìn)行光合作用
(3)高　夜晚沒(méi)有光照,不能進(jìn)行光反應(yīng),不能為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH　CAM植物夜晚開(kāi)啟氣孔吸收CO2以滿(mǎn)足光合作用的需求,白天氣孔關(guān)閉降低蒸騰作用,減少水分的散失, 以適應(yīng)高溫干旱條件
(4)C4植物　C3植物有光合午休現(xiàn)象,氣孔關(guān)閉,CO2濃度低,而CO2濃度低時(shí),O2會(huì)競(jìng)爭(zhēng)Rubisco使其在光下驅(qū)動(dòng)加氧反應(yīng),而C4植物無(wú)光合午休現(xiàn)象
(5)更小　C4植物有C4途徑, C4途徑可以在CO2濃度較低時(shí)有效地將其固定,二氧化碳是光合作用的原料之一;而CAM植物晚上氣孔打開(kāi),吸收CO2生成蘋(píng)果酸儲(chǔ)存在液泡中,白天氣孔關(guān)閉,蘋(píng)果酸釋放CO2完成暗反應(yīng)
(6)光呼吸和細(xì)胞呼吸　光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度
典型例題　(1)3-磷酸甘油醛　蔗糖　維管組織
(2)高于　高光照條件下玉米可以將光合產(chǎn)物及時(shí)轉(zhuǎn)移;玉米的PEPC酶對(duì)CO2的親和力比水稻的Rubisco酶更高;玉米能通過(guò)PEPC酶生成C4,使維管束鞘細(xì)胞內(nèi)的CO2濃度高于外界環(huán)境,抑制玉米的光呼吸
(3)酶的活性達(dá)到最大,對(duì)CO2的利用率不再提高;受到ATP以及NADPH等物質(zhì)含量的限制;原核生物和真核生物光合作用機(jī)制有所不同
[解析] (1)玉米的光合作用過(guò)程與水稻相比,雖然CO2的來(lái)源不同,但其卡爾文循環(huán)的過(guò)程是相同的,結(jié)合水稻的卡爾文循環(huán)圖解,可以看出CO2固定的直接產(chǎn)物是3-磷酸甘油酸,然后該產(chǎn)物直接被還原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在葉綠體中被轉(zhuǎn)化成淀粉,在葉綠體外被轉(zhuǎn)化成蔗糖,蔗糖是植物長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)闹饕穷?lèi),通過(guò)維管組織運(yùn)輸。(2)干旱、高光強(qiáng)時(shí)植物氣孔關(guān)閉,吸收的CO2減少,而玉米的PEPC酶與CO2的親和力高,可以利用低濃度的CO2進(jìn)行光合作用,同時(shí)抑制植物的光呼吸,且玉米能將葉綠體內(nèi)的光合產(chǎn)物通過(guò)維管組織及時(shí)轉(zhuǎn)移出細(xì)胞。(3)將藍(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機(jī)制導(dǎo)入水稻葉肉細(xì)胞,只是提高了葉肉細(xì)胞內(nèi)的CO2濃度,而植物的光合作用強(qiáng)度受到很多因素的影響;在光飽和條件下如果光合作用強(qiáng)度沒(méi)有明顯提高,可能是水稻的酶活性達(dá)到最大,對(duì)CO2的利用率不再提高,或是受到ATP和NADPH等物質(zhì)含量的限制,也可能是因?yàn)樗{(lán)細(xì)菌是原核生物,水稻是真核生物,二者的光合作用機(jī)制有所不同。
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁(yè) （共 2 頁(yè)）
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