高考生物一轮复习必修1热点拓展2光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型课件(共28张PPT)

(共28张PPT)
必修1　分子与细胞
热点拓展二　光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型
热点一　光呼吸
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光呼吸是指绿色植物在光照情况下吸收O2，将叶绿体中的C5分解产生CO2的过程。光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中，Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会与CO2竞争Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。
①与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体。光呼吸产生的条件是光照、高O2含量和低CO2含量等。
②在干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭。由于光反应速率大于暗反应速率，此时光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP，防止强光对叶绿体的破坏，又可以为暗反应阶段提供原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。
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1．光照条件下，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示，SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用强度(CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸强度(CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
(1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的________中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是_____________________________________。
(2)与未喷施SoBS溶液相比，喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度______(填“高”或“低”)，据表分析，原因是_______________________________________。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在____________mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
答案：(1)基质　光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应C5和CO2结合减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多　(2)低　喷施SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸(及呼吸作用)释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时，在更低的光照强度下，两者即可相等　(3)100～300
解析：(1)光合作用过程中CO2与C5结合发生在叶绿体基质中，根据光呼吸的概念，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，所以光呼吸中C5与O2结合的反应应该发生在叶绿体基质中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片中光反应停止，产生的ATP、NADPH减少，使暗反应减弱，暗反应中CO2与C5结合减弱，则C5与O2结合增加，CO2释放量增加。
(2)据表可知，与未喷施SoBS溶液相比，喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片光合作用强度增大即光合作用固定的CO2增加，而光呼吸强度减小即光呼吸释放的CO2减少，再结合题干中SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计，所以喷施SoBS溶液后，叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。因此，在更低的光照强度下，叶片光合作用吸收的CO2量和光呼吸与细胞呼吸释放的CO2量相等。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，因此当光合作用强度与光呼吸强度差值最大时，最有利于农作物增产。结合表中数据可知，当喷施SoBS溶液浓度为200 mg/L时，光合作用强度与光呼吸强度差值最大，因此利于增产的最适喷施浓度应介于100～300 mg/L之间。
热点二　C4植物
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在绿色植物的光合作用中，二氧化碳中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中，然后才转移到C3中，科学家将这类植物叫作C4植物，将其固定二氧化碳的途径，叫作C4途径。
①玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，适于在高温、干燥和强光的条件下生长。
②C4植物叶肉细胞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，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物。
③PEP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。
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2．(2024·合肥高三期末)玉米叶片具有特殊的结构，其维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可以利用PEP羧化酶固定较低浓度的CO2，并转移到维管束鞘细胞中释放，参与光合作用的暗反应。据图分析，下列说法不正确的是(　　)
A．维管束鞘细胞的叶绿体能进行正常的光反应
B．维管束鞘细胞中暗反应过程仍需要ATP和NADPH
C．PEP羧化酶对环境中较低浓度的CO2具有富集作用
D．玉米特殊的结构和功能，使其更适应高温干旱环境
答案：A
解析：光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，基粒是由类囊体堆叠而成的，维管束鞘细胞的叶绿体没有基粒，所以维管束鞘细胞的叶绿体不能进行光反应，A错误。
热点三　CAM途径
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①仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合于干旱地区，其特点是气孔夜间开放，白天关闭。
②该类植物夜间吸收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。而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质基质中脱羧，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。
③该类植物叶肉细胞夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降；白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。
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3．(2024·山东枣庄高三检测)原本生活在干旱地区的多肉植物，经研究发现其CO2固定过程非常特殊，被称为景天酸代谢途径。其光合作用产生的中间产物苹果酸在CO2的固定和利用过程中起重要作用，过程如图所示。据图分析，下列叙述错误的是(　　)
A．进行景天酸代谢的植物白天进行光反应，积累ATP和NADPH，晚上进行暗反应合成有机物
B．图示的代谢方式可以有效地避免植物由蒸腾过度导致的脱水，从而使该类植物适应干旱环境
C．与常见的C3代谢途径植物相比，夜间更适于放置在室内的是进行景天酸代谢途径的植物
D．多肉植物在其原生地环境中，其液泡中的pH会呈现白天升高、晚上降低的周期性变化
答案：A
解析：白天在光照条件下，进行景天酸代谢的植物通过光反应生成NADPH和ATP，用于暗反应，晚上植物没有NADPH和ATP的供应，暗反应不能进行，A错误；图示景天酸代谢途径，白天气孔关闭减少水分散失，可以有效地避免植物由蒸腾过度导致的脱水，从而使该类植物适应干旱环境，B正确；由于进行景天酸代谢途径的植物晚上气孔开放，不断吸收CO2用于合成苹果酸，空气中的CO2减少，因此，与常见的C3代谢途径植物相比，夜间更适于放置在室内的是进行景天酸代谢途径的植物，C正确；多肉植物在晚上吸收CO2生成苹果酸(pH降低)储存在液泡中，白天苹果酸分解产生CO2(pH升高)用于暗反应，因此其液泡中的pH会呈现白天升高、晚上降低的周期性变化，D正确。
热点四　光合产物及运输
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①磷酸丙糖是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。
②光合作用产生的磷酸丙糖既可以在叶绿体中形成淀粉，暂时储存在叶绿体中，又可以通过叶绿体膜上的磷酸转运器运出叶绿体，在细胞质基质中合成蔗糖。合成的蔗糖或临时储藏于液泡内，或从光合细胞中输出，经韧皮部长距离运输到其他部位。
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4．(2024·北京东城期末)如图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述不正确的是(　　)
A．过程①需要消耗光反应提供的ATP和NADPH
B．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质
C．在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程
D．④受阻时，②③的进行能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制
答案：A
解析：过程①二氧化碳的固定不需要消耗光反应提供的ATP和NADPH，三碳化合物的还原消耗光反应提供的ATP和NADPH，A错误；在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程，由图可知，叶绿体基质中会进行葡萄糖合成淀粉的过程，在细胞质基质中进行葡萄糖和果糖合成蔗糖的过程，C正确；图中④蔗糖输出受阻时，则进入叶绿体的Pi减少，磷酸丙糖大量积累，过多的磷酸丙糖将用于合成淀粉，即通过②③合成淀粉能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制，D正确。
热点五　光系统及电子传递链
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(1)光系统
①光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气、H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。
②电子传递过程是高电势到低电势(由于光能的作用)，释放的能量将质子(H＋)逆浓度梯度从叶绿体的基质侧泵入到类囊体腔侧，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。
③类囊体内的高浓度质子通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度梯度运输产生的分子势能来合成ATP。
④图示过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上，需要光，电子供体是H2O，电子受体是NADP＋。
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(2)电子传递链和氧化磷酸化
①发生在线粒体的内膜上，不需要光，电子供体是NADH，电子受体是O2。
②通过ATP合成酶把ADP磷酸化为ATP。电子传递过程中所形成的H＋梯度作为动力，在ATP合成酶的作用下，催化ADP磷酸化成ATP。
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5．(2025·山东泰安调研)下图是番茄植株的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，是吸收、传递、转化光能的光系统，下列叙述错误的是(　　)
A．自然界中能发生光合作用的生物，不一定具备PSⅡ和PSⅠ系统
B．光反应过程将吸收的光能转换为活跃的化学能全部储存在ATP中
C．在ATP合成酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATP
D．PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2和H＋及电子，产生电子传递给PSI将NADP＋和H＋结合形成NADPH
答案：B
解析：由图可知，PSⅡ和PSⅠ分布在叶肉细胞的类囊体薄膜上，自然界中能发生光合作用的生物，不一定具有叶绿体，如蓝细菌，故不一定具备PSⅡ和PSⅠ系统，A正确；分析图示可知，光反应过程将吸收的一部分光能转换为活跃的化学能储存在ATP中，还有一部分储存在NADPH中，B错误；由图可知，H＋顺浓度梯度转运出类囊体提供分子势能，在ATP合成酶的作用下，促进ADP和Pi合成ATP，C正确；图中显示，PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2、H＋和电子，产生的电子传递给PSⅠ用于将NADP＋和H＋结合形成NADPH，D正确。故选B。