精讲21 光合作用5(光呼吸、电子传递、C4等植物)-备战2023年高考生物一轮复习名师精讲课件

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【新教材•必修一】2023-19【光呼吸、C4植物、电子传递】

1【教学过程】TeachingProcess1.概念图3.教学总结、综合2.课堂教学内容4.课堂练习巩固光系统及电子传递链C3、C4、CAM植物光呼吸

21.光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气和H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。2.电子(e－)经过电子传递链：质体醌→细胞色素b6f复合体→质体蓝素→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白→NADPH。一.光系统及电子传递链

33.电子传递过程是高电势到低电势(光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于光能的作用，从而逆电势传递，这是一个吸能的过程)，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入到囊腔侧，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。当然，光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)以及在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程，为建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。一.光系统及电子传递链

44.类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。一.光系统及电子传递链

5例1.下图所示生理过程中，P680和P700表示两种特殊状态的叶绿素，M表示某种生物膜，其中乙侧的H＋浓度远高于甲侧，在该浓度差中储存着一种势能，该势能是此处形成ATP的前提。据图分析，下列说法正确的是（）A.乙侧的H＋完全来自甲侧B.生物膜M是叶绿体类囊体薄膜，属于叶绿体内膜C.CF0和CF1与催化ATP的合成、转运H＋有关，很可能是蛋白质D.该场所产生的NADPH和ATP将参与暗反应中CO2的固定B一.光系统及电子传递链

6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，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、菜豆、水稻、马铃薯等。2.C4途径：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，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管二.C3植物、C4植物和CAM植物

7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)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。二.C3植物、C4植物和CAM植物

83.CAM途径：CAM植物夜间吸进CO2，淀粉经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与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降。而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。二.C3植物、C4植物和CAM植物

9C3植物C4植物CAM植物如：水稻、小麦、棉花、大豆等大多数植物。如甘蔗、玉米、高粱等。如:菠萝、龙舌兰、仙人掌和兰花等。二.C3植物、C4植物和CAM植物

10总结：C3植物、C4植物和CAM植物的比较特征C3植物C4植物CAM植物与CO2结合的物质RuBP(C5)PEPPEPCO2固定的最初产物C3C4草酰乙酸CO2固定的时间白天白天夜晚和白天光反应的场所叶肉细胞类囊体薄膜叶肉细胞类囊体薄膜叶肉细胞类囊体薄膜卡尔文循环的场所叶肉细胞的叶绿体基质维管束鞘细胞的叶绿体基质叶肉细胞的叶绿体基质有无光合午休有无无二.C3植物、C4植物和CAM植物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。

11（1）C3植物与C4植物对CO2浓度的响应①C4植物CO2补偿点低，几乎接近0②C3植物CO2补偿点高二.C3植物、C4植物和CAM植物③C4植物CO2饱和点低，说明C4植物具有有效的CO2浓缩机制。④C3植物CO2饱和点高，因为RuBP羧化酶固定CO2能力弱。从以上分析可知，C4植物能够利用低CO2浓度进行光合作用，因此，目前大气CO2浓度不断增加，对C3植物有利，对C4植物益处不大。

12例2.百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。下面为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图，据图分析错误的是（）A.图中B物质可能是葡萄糖B.线粒体和细胞质基质均能产生CO2C.PEP、RuBP均能与CO2结合D.夜间细胞液pH可能会下降A二.C3植物、C4植物和CAM植物

13例3.（2021·河北模拟）不同植物的光合作用过程有所不同，图1是三种不同类型植物的CO2同化方式示意图，图2表示生活在不同地区的上述三种植物在晴朗夏季的CO2吸收速率日变化曲线。已知玉米叶肉细胞叶绿体中固定CO2的酶对CO2的亲和力高于水稻，请据图分析并回答∶（1）吸收光能的色素分布在叶绿体上。以光合色素的为纵坐标，以波长为横坐标，所得曲线就是光合色素的吸收光谱。类囊体薄膜吸收光能的百分比（吸光率）二.C3植物、C4植物和CAM植物

14例3.（2021·河北模拟）不同植物的光合作用过程有所不同，图1是三种不同类型植物的CO2同化方式示意图，图2表示生活在不同地区的上述三种植物在晴朗夏季的CO2吸收速率日变化曲线。已知玉米叶肉细胞叶绿体中固定CO2的酶对CO2的亲和力高于水稻，请据图分析并回答∶（2）图1水稻、玉米和景天科植物中，最适应炎热干旱环境的植物是，原因是。该类植物白天气孔关闭，可以减少水分的散失，夜晚吸收CO2，不影响光合作用的进行二.C3植物、C4植物和CAM植物景天科植物

15（3）图2中，在10点到12点期间，B植物的光合速率下降，原因是;而C植物的光合速率继续升高，原因是。该时间段温度较高，水稻植株部分气孔关闭，CO2供应不足，暗反应强度减弱，为光反应提供的NADP+、ADP、Pi减少，光反应强度减弱，导致光合速率下降。可以利用低浓度的CO2，此时光照强度不断增强，所以光合速率继续升高二.C3植物、C4植物和CAM植物

16（4）图2中，在4点时，A植物的光合速率为μmol/（m²·s）;在12点时该植物能不能进行光合作用?。能0二.C3植物、C4植物和CAM植物

17（5）受农业嘉年华的启发，很多市民也想在自己的居室内壁挂培养植物，请你用有关生物学知识，从植物与人的关系、居室环境等方面为市民提一些居室内培养植物的建议并说明理由。答案：注意种植壁挂植物的数量，植物培养过多，相互遮光，导致每株植物的光合作用强度下降，且植物呼吸时与人争夺氧气;建议壁挂植物选择在阳光较充足的房间，注意房间的通风，有利于植物光合作用;注意选择居室内壁挂植物的种类，有些植物产生的分泌物或花粉等可能是一些人的过敏源;注意对种植环境的定时清洁，一些花盆泥土中滋生的真菌等微生物也可能是疾病传染源。二.C3植物、C4植物和CAM植物

181.光呼吸的发现1955年科学家德柯尔用红外线气体分析仪测定烟草光合速率时发现正在进行光合作用的烟草叶片在光照停止后会快速释放CO2，这种现象称为“二氧化碳的猝发”三.光呼吸（1）A表示光下净光合速率。（2）B和C表示光下时植物呼吸速率。（3）B表示无论是光下还是暗处都可进行的呼吸速率。（4）C表示只有光下才有的呼吸速率。即光呼吸现象。

19光呼吸：（1）卡尔文循环中CO2固定的酶(Rubisco)具有两面性(或双功能)（2）Rubisco即RuBP羧化加氧酶①高CO2浓度、低O2时，进行羧化②低CO2浓度、高O2时，进行加氧C5+CO22C3RubiscoC5+O2C2+C3Rubisco2C2+O2C3+CO2ATP、[H]酶C3进入卡尔文循环C3进入卡尔文循环2.光呼吸的起因三.光呼吸

20光照强度增强↓产生的O2增多↓光呼吸增强3.卡尔文循环与光呼吸三.光呼吸

21（1）如果在较强光下，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。（2）光呼吸过程中消耗了ATP和还原氢，即造成了能量的损耗。4.光呼吸的危害三.光呼吸

22防止强光对叶绿体的破坏强光时，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和还原氢，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和还原力，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。5.光呼吸的意义三.光呼吸

23比较项目光呼吸细胞呼吸底物C2化合物糖类等有机物发生部位叶绿体、线粒体等细胞质基质、线粒体反应条件光照光或暗都可以能量消耗能量产生能量共同点消耗O2、释放CO26.光呼吸与细胞呼吸的比较三.光呼吸

24例4.研究者用仪器检测拟南芥叶片在光-暗转换条件下CO2吸收量的变化，每2S记录一个实验数据并在图中以点的形式呈现。（1）在开始检测后的200s内，拟南芥叶肉细胞利用光能分解______，同化CO2。而在实验的整个过程中，叶片可通过__________将储藏在有机物中稳定的化学能转化为___________________和热能。ATP中的活跃的化学能水细胞呼吸三.光呼吸（2）图中显示，拟南芥叶片在照光条件下，CO2吸收量在___________μmol.m-2s-1范围内，在300s时CO2________达到2.2μmol.m-2s-1。由此得出，叶片的总（真实）光合速率大约是___________μmolCO2.m-2s-1。（本小题所填数值保留到小数点后一位）2.4～2.80.2～0.6释放量

25例4.研究者用仪器检测拟南芥叶片在光-暗转换条件下CO2吸收量的变化，每2S记录一个实验数据并在图中以点的形式呈现。（3）从图中还可看出，在转入黑暗条件下100s以后，叶片的CO2释放___________，并达到一个相对稳定的水平，这提示在光下叶片可能存在一个________________________过程。三.光呼吸（4）为证明叶片在光下呼吸产生的CO2中的碳元素一部分来自叶绿体中的五碳化合物，可利用________________________技术进行探究。逐渐减少与在黑暗中不同的呼吸放射性14C同位素示踪