精講21 光合作用5(光呼吸、電子傳遞、C4等植物)-備戰(zhàn)2023年高考生物一輪復(fù)習(xí)名師精講課件

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【新教材?必修一】2023-19【光呼吸、C4植物、電子傳遞】

1魚(yú)票月半出品，必是精品【教學(xué)過(guò)程】TeachingProcess1.概念圖光系統(tǒng)及電子傳遞鏈2.課堂教C3、C4、CAM植物學(xué)內(nèi)容光呼吸3.教學(xué)總結(jié)、綜合4.課堂練習(xí)鞏固

2魚(yú)票月半出品，必是精品一.光系統(tǒng)及電子傳遞鏈1.光系統(tǒng)Ⅱ進(jìn)行水的光解，產(chǎn)生氧氣和H＋和自由電子(e－)，光系統(tǒng)Ⅰ主要是介導(dǎo)NADPH的產(chǎn)生。2.電子(e－)經(jīng)過(guò)電子傳遞鏈：質(zhì)體醌→細(xì)胞色素b6f復(fù)合體→質(zhì)體藍(lán)素→光系統(tǒng)Ⅰ→鐵氧還蛋白→NADPH。

3魚(yú)票月半出品，必是精品一.光系統(tǒng)及電子傳遞鏈3.電子傳遞過(guò)程是高電勢(shì)到低電勢(shì)(光系統(tǒng)Ⅱ和Ⅰ中的電子傳遞由于光能的作用，從而逆電勢(shì)傳遞，這是一個(gè)吸能的過(guò)程)，因此，電子傳遞過(guò)程中釋放能量，質(zhì)體醌利用這部分能量將質(zhì)子(H＋)逆濃度從類(lèi)囊體的基質(zhì)側(cè)泵入到囊腔側(cè)，從而建立了質(zhì)子濃度(電化學(xué))梯度。當(dāng)然，光系統(tǒng)Ⅱ在類(lèi)囊體的囊腔側(cè)進(jìn)行的水的光解產(chǎn)生質(zhì)子(H＋)以及在類(lèi)囊體的基質(zhì)側(cè)H＋和NADP＋形成NADPH的過(guò)程，為建立質(zhì)子濃度(電化學(xué))梯度也有所貢獻(xiàn)。

4魚(yú)票月半出品，必是精品一.光系統(tǒng)及電子傳遞鏈4.類(lèi)囊體膜對(duì)質(zhì)子是高度不通透的，因此，類(lèi)囊體內(nèi)的高濃度質(zhì)子只能通過(guò)ATP合成酶順濃度梯度流出，而ATP合成酶利用質(zhì)子順濃度流出的能量來(lái)合成ATP。

5魚(yú)票月半出品，必是精品一.光系統(tǒng)及電子傳遞鏈例1.下圖所示生理過(guò)程中，P680和P700表示兩種特殊狀態(tài)的葉綠素，M表示某種生物膜，其中乙側(cè)的H＋濃度遠(yuǎn)高于甲側(cè)，在該濃度差中儲(chǔ)存著一種勢(shì)能，該勢(shì)能是此處形成ATP的前提。據(jù)圖分析，下列說(shuō)法正確的是（B）A.乙側(cè)的H＋完全來(lái)自甲側(cè)B.生物膜M是葉綠體類(lèi)囊體薄膜，屬于葉綠體內(nèi)膜C.CF0和CF1與催化ATP的合成、轉(zhuǎn)運(yùn)H＋有關(guān)，很可能是蛋白質(zhì)D.該場(chǎng)所產(chǎn)生的NADPH和ATP將參與暗反應(yīng)中CO2的固定

6魚(yú)票月半出品，必是精品二.C3植物、C4植物和CAM植物自然界中的綠色植物根據(jù)光合作用暗反應(yīng)過(guò)程中CO2的固定途徑不同可以分為C3、C4和CAM三種類(lèi)型。1.C3途徑：也稱(chēng)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。常見(jiàn)C3植物有大麥、小麥、大豆、菜豆、水稻、馬鈴薯等。2.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(xì)胞和葉肉細(xì)胞緊密排列(如圖1)。葉肉細(xì)胞中的葉綠體有類(lèi)囊體能進(jìn)行光反應(yīng)，同時(shí)，CO2被整合到C4化合物中，隨后C4化合物進(jìn)入維管束鞘細(xì)胞，維管束鞘細(xì)胞中沒(méi)有完整的葉綠體，在維管

7魚(yú)票月半出品，必是精品二.C3植物、C4植物和CAM植物束鞘細(xì)胞中，C4化合物釋放出的CO2參與卡爾文循環(huán)，進(jìn)而生成有機(jī)物(如圖2)。PEP羧化酶被形象地稱(chēng)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(qiáng)光合作用(特別是在高溫、光照強(qiáng)烈、干旱條件下)能力，并且無(wú)光合午休現(xiàn)象。常見(jiàn)C4植物有玉米、甘蔗、高粱、莧菜等。

8魚(yú)票月半出品，必是精品二.C3植物、C4植物和CAM植物3.CAM途徑：CAM植物夜間吸進(jìn)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(jìn)一步還原為蘋(píng)果酸儲(chǔ)存在液泡中。從而表現(xiàn)出夜間淀粉減少，蘋(píng)果酸增加，細(xì)胞液pH下降。而白天氣孔關(guān)閉，蘋(píng)果酸轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中脫羧，放出CO2，進(jìn)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(jìn)一步氧化釋放CO2，又可進(jìn)入C3途徑。從而表現(xiàn)出白天淀粉增加，蘋(píng)果酸減少，細(xì)胞液pH上升。常見(jiàn)的CAM植物有菠蘿、蘆薈、蘭花、百合、仙人掌等。

9魚(yú)票月半出品，必是精品二.C3植物、C4植物和CAM植物C3植物如：水稻、小麥、棉花、大豆等大多數(shù)植物。C4植物如甘蔗、玉米、高粱等。CAM植物如:菠蘿、龍舌蘭、仙人掌和蘭花等。

10魚(yú)票月半出品，必是精品二.C3植物、C4植物和CAM植物總結(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(shí)間白天白天夜晚和白天葉肉細(xì)胞類(lèi)葉肉細(xì)胞類(lèi)囊葉肉細(xì)胞類(lèi)囊體薄光反應(yīng)的場(chǎng)所囊體薄膜體薄膜膜葉肉細(xì)胞的維管束鞘細(xì)胞葉肉細(xì)胞的葉綠體卡爾文循環(huán)的場(chǎng)所葉綠體基質(zhì)的葉綠體基質(zhì)基質(zhì)有無(wú)光合午休有無(wú)無(wú)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(guò)C3途徑合成有機(jī)物。

11魚(yú)票月半出品，必是精品二.C3植物、C4植物和CAM植物（1）C3植物與C4植物對(duì)CO2濃度的響應(yīng)①C4植物CO2補(bǔ)償點(diǎn)低，幾乎接近0②C3植物CO2補(bǔ)償點(diǎn)高③C4植物CO2飽和點(diǎn)低，說(shuō)明C4植物具有有效的CO2濃縮機(jī)制。④C3植物CO2飽和點(diǎn)高，因?yàn)镽uBP羧化酶固定CO2能力弱。從以上分析可知，C4植物能夠利用低CO2濃度進(jìn)行光合作用，因此，目前大氣CO2濃度不斷增加，對(duì)C3植物有利，對(duì)C4植物益處不大。

12魚(yú)票月半出品，必是精品二.C3植物、C4植物和CAM植物例2.百合以氣孔白天關(guān)閉、夜間開(kāi)放的特殊方式適應(yīng)高溫干旱環(huán)境。下面為百合葉肉細(xì)胞內(nèi)的部分代謝示意圖，據(jù)圖分析錯(cuò)誤的是（A）A.圖中B物質(zhì)可能是葡萄糖B.線粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)均能產(chǎn)生CO2C.PEP、RuBP均能與CO2結(jié)合D.夜間細(xì)胞液pH可能會(huì)下降

13魚(yú)票月半出品，必是精品二.C3植物、C4植物和CAM植物例3.（2021·河北模擬）不同植物的光合作用過(guò)程有所不同，圖1是三種不同類(lèi)型植物的CO2同化方式示意圖，圖2表示生活在不同地區(qū)的上述三種植物在晴朗夏季的CO2吸收速率日變化曲線。已知玉米葉肉細(xì)胞葉綠體中固定CO2的酶對(duì)CO2的親和力高于水稻，請(qǐng)據(jù)圖分析并回答∶（1）吸收光能的色素分布在葉綠體類(lèi)囊體薄膜上。以光合色素的吸收光能的百分比（吸光率）為縱坐標(biāo)，以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，所得曲線就是光合色素的吸收光譜。

14魚(yú)票月半出品，必是精品二.C3植物、C4植物和CAM植物例3.（2021·河北模擬）不同植物的光合作用過(guò)程有所不同，圖1是三種不同類(lèi)型植物的CO2同化方式示意圖，圖2表示生活在不同地區(qū)的上述三種植物在晴朗夏季的CO2吸收速率日變化曲線。已知玉米葉肉細(xì)胞葉綠體中固定CO2的酶對(duì)CO2的親和力高于水稻，請(qǐng)據(jù)圖分析并回答∶景天科植物（2）圖1水稻、玉米和景天科植物中，最適應(yīng)炎熱干旱環(huán)境的植物是，原因是該類(lèi)植物白天氣孔關(guān)閉。，可以減少水分的散失，夜晚吸收CO2，不影響光合作用的進(jìn)行

15魚(yú)票月半出品，必是精品二.C3植物、C4植物和CAM植物（3）圖2中，在10點(diǎn)到12點(diǎn)期間，B植物的光合速率下降，原因是該時(shí)間段溫度較高;，水稻植株部分氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)不足，暗反應(yīng)強(qiáng)度減弱，為光反應(yīng)提供的NADP+、ADP、Pi減少，光反應(yīng)強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致光合速率下降。而C植物的光合速率繼續(xù)升高，原因是可以利用低濃度。的CO2，此時(shí)光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，所以光合速率繼續(xù)升高

16魚(yú)票月半出品，必是精品二.C3植物、C4植物和CAM植物（4）圖2中，在4點(diǎn)時(shí)，A植物的光合速率為0μmol/（m2·s）;在12點(diǎn)時(shí)該植物能不能進(jìn)行光合作用?能。

17魚(yú)票月半出品，必是精品二.C3植物、C4植物和CAM植物（5）受農(nóng)業(yè)嘉年華的啟發(fā)，很多市民也想在自己的居室內(nèi)壁掛培養(yǎng)植物，請(qǐng)你用有關(guān)生物學(xué)知識(shí)，從植物與人的關(guān)系、居室環(huán)境等方面為市民提一些居室內(nèi)培養(yǎng)植物的建議并說(shuō)明理由。答案：注意種植壁掛植物的數(shù)量，植物培養(yǎng)過(guò)多，相互遮光，導(dǎo)致每株植物的光合作用強(qiáng)度下降，且植物呼吸時(shí)與人爭(zhēng)奪氧氣;建議壁掛植物選擇在陽(yáng)光較充足的房間，注意房間的通風(fēng)，有利于植物光合作用;注意選擇居室內(nèi)壁掛植物的種類(lèi)，有些植物產(chǎn)生的分泌物或花粉等可能是一些人的過(guò)敏源;注意對(duì)種植環(huán)境的定時(shí)清潔，一些花盆泥土中滋生的真菌等微生物也可能是疾病傳染源。

18魚(yú)票月半出品，必是精品三.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(chēng)為“二氧化碳的猝發(fā)”（1）A表示光下凈光合速率。（2）B和C表示光下時(shí)植物呼吸速率。（3）B表示無(wú)論是光下還是暗處都可進(jìn)行的呼吸速率。（4）C表示只有光下才有的呼吸速率。即光呼吸現(xiàn)象。

19魚(yú)票月半出品，必是精品三.光呼吸2.光呼吸的起因（1）卡爾文循環(huán)中CO2固定的酶(Rubisco)具有兩面性(或雙功能)（2）Rubisco即RuBP羧化加氧酶①高CO2濃度、低O2時(shí)，進(jìn)行羧化C+CORubiscoC進(jìn)入卡爾文循環(huán)522C33②低CO2濃度、高O2時(shí)，進(jìn)行加氧C+ORubiscoC+CC進(jìn)入卡爾文循環(huán)52233ATP、[H]光呼吸：2C2+O2C3+CO2酶

20魚(yú)票月半出品，必是精品三.光呼吸3.卡爾文循環(huán)與光呼吸光照強(qiáng)度增強(qiáng)↓產(chǎn)生的O2增多↓光呼吸增強(qiáng)

21魚(yú)票月半出品，必是精品三.光呼吸4.光呼吸的危害（1）如果在較強(qiáng)光下，光呼吸加強(qiáng)，使得C5氧化分解加強(qiáng)，一部分碳以CO2的形式散失，從而減少了光合產(chǎn)物的形成和積累。（2）光呼吸過(guò)程中消耗了ATP和還原氫，即造成了能量的損耗。

22魚(yú)票月半出品，必是精品三.光呼吸5.光呼吸的意義防止強(qiáng)光對(duì)葉綠體的破壞強(qiáng)光時(shí)，由于光反應(yīng)速率大于暗反應(yīng)速率，因此，葉肉細(xì)胞中會(huì)積累ATP和還原氫，這些物質(zhì)積累會(huì)產(chǎn)生自由基，尤其是超氧陰離子，這些自由基能損傷葉綠體，而強(qiáng)光下，光呼吸加強(qiáng)，會(huì)消耗光反應(yīng)過(guò)程中積累的ATP和還原力，從而減輕對(duì)葉綠體的傷害。當(dāng)然植物體還有很多避免強(qiáng)光下?lián)p傷葉綠體的機(jī)制。光呼吸算是其中之一。

23魚(yú)票月半出品，必是精品三.光呼吸6.光呼吸與細(xì)胞呼吸的比較比較項(xiàng)目光呼吸細(xì)胞呼吸底物C2化合物糖類(lèi)等有機(jī)物發(fā)生部位葉綠體、線粒體等細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體反應(yīng)條件光照光或暗都可以能量消耗能量產(chǎn)生能量共同點(diǎn)消耗O2、釋放CO2

24魚(yú)票月半出品，必是精品三.光呼吸例4.研究者用儀器檢測(cè)擬南芥葉片在光-暗轉(zhuǎn)換條件下CO2吸收量的變化，每2S記錄一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并在圖中以點(diǎn)的形式呈現(xiàn)。（1）在開(kāi)始檢測(cè)后的200s內(nèi)，擬南芥葉肉細(xì)胞利用光能分解___水___，同化CO2。而在實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程中，葉片可通過(guò)_細(xì)__胞__呼___吸__將儲(chǔ)藏在有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為_(kāi)__________________和熱能。ATP中的活躍的化學(xué)能（2）圖中顯示，擬南芥葉片在照光條件下，CO2吸收量在__0_._2_～__0__.6__μmol.m-2s-1范圍內(nèi)，在300s時(shí)CO2_釋__放_(tái)_量___達(dá)到2.2μmol.m-2s-1。由此得出，葉片的總（真實(shí)）光合速率大約是_2__.4__～__2_._8__μmolCO2.m-2s-1。（本小題所填數(shù)值保留到小數(shù)點(diǎn)后一位）

25魚(yú)票月半出品，必是精品三.光呼吸例4.研究者用儀器檢測(cè)擬南芥葉片在光-暗轉(zhuǎn)換條件下CO2吸收量的變化，每2S記錄一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并在圖中以點(diǎn)的形式呈現(xiàn)。（3）從圖中還可看出，在轉(zhuǎn)入黑暗條件下100s以后，葉片的CO2釋放_(tái)_逐__漸__減__少___，并達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平，這提示在光下葉片可能存在一個(gè)_與__在__黑__暗__中___不__同__的__呼___吸___過(guò)程。（4）為證明葉片在光下呼吸產(chǎn)生的CO2中的碳元素一部分來(lái)自葉綠體中的五碳化合物，可利用__放_(tái)_射__性__1_4_C__同__位__素__示__蹤____技術(shù)進(jìn)行探究。