解惑練1　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三種類型。1．C3途徑：也稱卡爾文循環(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。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。歸納總結(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光反應(yīng)的場(chǎng)所葉肉細(xì)胞類囊體薄膜葉肉細(xì)胞類囊體薄膜葉肉細(xì)胞類囊體薄膜卡爾文循環(huán)的場(chǎng)所葉肉細(xì)胞的葉綠體基質(zhì)維管束鞘細(xì)胞的葉綠體基質(zhì)葉肉細(xì)胞的葉綠體基質(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。跟蹤訓(xùn)練1．(2022·江蘇高三模擬)自然界的植物豐富多樣，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)各有差異，自卡爾文發(fā)現(xiàn)光合作用中碳元素的行蹤后，又有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)碳元素行蹤的其他路徑。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題。(1)圖1是C3植物碳元素代謝途徑的示意圖。①、②、③、④代表的是物質(zhì)，A、B、C、D代表的是生理過(guò)程，則①、④依次是________、________；D過(guò)程是____________________，ATP的合成除發(fā)生在A過(guò)程外，還發(fā)生在________(填字母)過(guò)程。(2)C3植物在干旱、炎熱的環(huán)境中，由于氣孔關(guān)閉造成_________________________，從而不利于光合作用。(3)圖2是C4植物和CAM植物利用CO2途徑的示意圖。據(jù)圖分析，這兩類植物固定CO2的酶比C3植物多一種________酶，該酶比Rubisco對(duì)CO2的親和力大且不與O2親和，具有該酶的植物更能適應(yīng)________________的環(huán)境。(4)由圖2可知，C4植物是在不同________進(jìn)行CO2的固定，而CAM植物是在不同________進(jìn)行CO2固定。典型的CAM植物如仙人掌在夜晚吸收的CO2能否立即用于C3途徑？________(填“能”或“不能”)，可能的原因是_______________________________________________________________________________________________________。答案　(1)氧氣　C5　有氧呼吸第二、三階段　C、D(2)CO2不能進(jìn)入葉片，同時(shí)引起O2在細(xì)胞內(nèi)積累(3)PEP羧化　低CO2濃度　(4)細(xì)胞　時(shí)間　不能　沒(méi)有光照，光反應(yīng)不能正常進(jìn)行，無(wú)法為暗反應(yīng)提供足夠ATP和NADPH2．(2022·廣東高三期中)玉米葉肉細(xì)胞能將CO2傳遞給維管束鞘細(xì)胞進(jìn)行卡爾文循環(huán)。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：(1)玉米光合作用光反應(yīng)的場(chǎng)所是____________________，依據(jù)結(jié)構(gòu)決定功能，據(jù)圖分析最可能的原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)某農(nóng)業(yè)大棚中同時(shí)種植玉米與大豆，由于工作人員工作失誤，未及時(shí)通風(fēng)導(dǎo)致大棚中CO2濃度降低，____________(填“玉米”或“大豆”)的生長(zhǎng)受影響更大，判斷的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)若從玉米葉肉細(xì)胞中提取葉綠體，置于明暗交替進(jìn)行的環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)NADPH的含量在一段時(shí)間內(nèi)上升，請(qǐng)結(jié)合題干信息分析，該變化趨勢(shì)的原因是_____________________________________________________________________________________________。(4)某生物興趣小組在野外發(fā)現(xiàn)了一植物，利用本題所涉及的原理，通過(guò)顯微鏡觀察的方法，判斷該植物是C4植物，還是C3植物，請(qǐng)寫(xiě)出具體的實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論。________________________________________________________________________。答案　(1)葉肉細(xì)胞中的葉綠體　葉肉細(xì)胞中的葉綠體有類囊體薄膜，可進(jìn)行光反應(yīng)；維管束鞘細(xì)胞中的葉綠體沒(méi)有類囊體薄膜，不能進(jìn)行光反應(yīng)(2)大豆　密閉大棚中，隨植物光合作用的進(jìn)行，CO2濃度下降，當(dāng)CO2濃度下降到一定程度時(shí)，由于不能利用低濃度CO2，大豆光合作用受抑制，玉米中的PEP可利用低濃度CO2　(3)玉米葉肉細(xì)胞中的葉綠體在有光時(shí)，可進(jìn)行光反應(yīng)產(chǎn)生NADPH，而與暗反應(yīng)有關(guān)的酶主要位于維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中，暗處理時(shí)，不進(jìn)行暗反應(yīng)消耗NADPH，含量上升　(4)將該植物放置在適宜光照條件下一段時(shí)間，分別分離出葉肉細(xì)胞、維管束鞘細(xì)胞，將這兩種細(xì)胞分別用碘液染色后，制成臨時(shí)裝片，放置在顯微鏡下觀察細(xì)胞的顏色。若葉肉細(xì)胞變藍(lán)，則該植物為C3植物；若維管束鞘細(xì)胞變藍(lán)，則該植物為C4植物

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