2024年高考生物一輪復(fù)習(xí)（新人教版） 第3單元　解惑練1　C3植物、C4植物和CAM植物

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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。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(xiàn)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(lèi)囊體薄膜葉肉細(xì)胞類(lèi)囊體薄膜葉肉細(xì)胞類(lèi)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．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。①②③④代表的是物質(zhì)，A、B、C、D代表的是生理過(guò)程，則①④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(lèi)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______________________________________。2．(2021·遼寧，22)早期地球大氣中的O2濃度很低，到了大約3.5億年前，大氣中O2濃度顯著增加，CO2濃度明顯下降。現(xiàn)在大氣中的CO2濃度約390 μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一種催化CO2固定的酶，在低濃度CO2條件下，催化效率低。有些植物在進(jìn)化過(guò)程中形成了CO2濃縮機(jī)制，極大地提高了Rubisco所在局部空間位置的CO2濃度，促進(jìn)了CO2的固定。回答下列問(wèn)題：(1)真核細(xì)胞葉綠體中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成______________，進(jìn)而被還原生成糖類(lèi)，此過(guò)程發(fā)生在________________中。(2)海水中的無(wú)機(jī)碳主要以CO2和HCO兩種形式存在，水體中CO2濃度低、擴(kuò)散速度慢，有些藻類(lèi)具有圖1所示的無(wú)機(jī)碳濃縮過(guò)程，圖中HCO濃度最高的場(chǎng)所是________(填“細(xì)胞外”或“細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)”或“葉綠體”)，可為圖示過(guò)程提供ATP的生理過(guò)程有_____________。(3)某些植物還有另一種CO2濃縮機(jī)制，部分過(guò)程見(jiàn)圖2。在葉肉細(xì)胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可將HCO轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，該有機(jī)物經(jīng)過(guò)一系列的變化，最終進(jìn)入相鄰的維管束鞘細(xì)胞釋放CO2，提高了Rubisco附近的CO2濃度。①由這種CO2濃縮機(jī)制可以推測(cè)，PEPC與無(wú)機(jī)碳的親和力____________(填“高于”“低于”或“等于”)Rubisco。②圖2所示的物質(zhì)中，可由光合作用光反應(yīng)提供的是_________________________________。圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>PEP的過(guò)程屬于__________________________________(填“吸能反應(yīng)”或“放能反應(yīng)”)。③若要通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證某植物在上述CO2濃縮機(jī)制中碳的轉(zhuǎn)變過(guò)程及相應(yīng)場(chǎng)所，可以使用________________技術(shù)。(4)通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)或蛋白質(zhì)工程技術(shù)，可能進(jìn)一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有______________________。A．改造植物的HCO轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，增強(qiáng)HCO的運(yùn)輸能力B．改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成C．改造植物的Rubisco基因，增強(qiáng)CO2固定能力D．將CO2濃縮機(jī)制相關(guān)基因轉(zhuǎn)入不具備此機(jī)制的植物