浙科版高中生物必修1第三章细胞的代谢第五节光合作用将光能转化为化学能课件

必修1·分子与细胞浙科版高中生物1.光合作用和呼吸作用的物质变化(1)细胞呼吸是将葡萄糖中的C氧化为CO2,游离的O2则被还原为H2O中的O。

第五节

光合作用将光能转化为化学能必备知识清单破知识点1光合作用与呼吸作用的关系(2)光合作用则是将CO2还原为糖,将H2O中的O氧化为O2。2.光合作用和呼吸作用的能量变化(1)细胞呼吸是一个放能反应,它将储存在葡萄糖中的化学能释放出来,供细胞利用。(2)光合作用是一个吸能反应,它利用太阳能将二氧化碳转变为糖,并将能量储存在糖分子内,

即光合作用是一个将光能转化为化学能的过程。特别提醒

尽管光合作用从总反应上看好像是细胞呼吸的逆转,但光合作用不是细胞呼吸的逆反

应。与细胞呼吸比较,光合作用过程更加复杂,并不像它的反应式所表示的那样简单。1.适用生物:主要为绿色植物。2.同位素标记法探究光合作用氧气来源:运用氧的同位素18O标记的CO2和H2O进行实验。6C18O2+12H2O

C6

O6+6

O+6O26CO2+12

O

C6H12O6+6H2O+618O2结果发现,只有供给

O时,光合作用释放的才是18O2,由此证实了光合作用释放的氧气来自H2O中的O。3.叶绿体的结构与功能(1)结构①两层膜:内膜、外膜。②基粒:由类囊体堆叠而成,组成类囊体的膜被称为光合膜。知识点2光合作用在叶绿体中进行a.光合膜上分布着叶绿素和其他光合色素及可将光能转化为化学能的多种蛋白质。b.类囊体的空腔内含有多种酶,这些酶与H2O的裂解有关。③基质:类囊体悬浮在其中。基质中含有与光合作用有关的酶、少量的DNA。(2)功能:绿色植物进行光合作用的场所。4.叶绿体中光合色素的种类、颜色和功能(1)光合色素的种类及颜色①叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)都是含镁的有机分子,主要吸收红光和蓝紫光。②叶绿体中还有类胡萝卜素,其中最多的是胡萝卜素(橙色)和叶黄素(黄色),它们都是由碳氢

链组成的分子,主要吸收蓝紫光。(2)光合色素的功能:吸收可见光,将光能转化为化学能,用于有机物的合成。1.实验原理(1)提取色素原理:光合色素是一类脂溶性物质,可用酒精等脂溶剂溶解、提取色素。(2)分离色素原理:各种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的色素随层析液在滤纸条上

扩散得快,反之则扩散得慢,从而使各种色素分离。知识点3光合色素的提取与分离2.实验步骤及现象(1)实验步骤(2)实验现象滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带,如图所示:3.实验结果分析(1)从色素带的宽度可推知色素含量大小:叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。(2)从色素带的位置可推知色素在层析液中的溶解度大小:胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。(3)在滤纸上相邻色素带间,距离最近的色素带是叶绿素a与叶绿素b,距离最远的是胡萝卜素

与叶黄素。知识拓展

若为圆形滤纸,则色素的分离结果如图所示。

1.光反应与碳反应的比较知识点4光反应和碳反应

光反应碳反应场所光合膜叶绿体基质物质变化a.水的光解:H2O

H++O2+e-;b.NADPH的合成:H++e-+NADP+

NADPH;c.ATP的合成:ADP+Pi

ATPa.CO2的固定:CO2+五碳糖

三碳酸;b.三碳酸的还原:三碳酸

三碳糖;c.五碳糖的再生:三碳糖

五碳糖能量变化光能转化为ATP、NADPH中活跃的化学能ATP、NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能联系a.光反应产生的NADPH和ATP是碳反应中将二氧化碳还原为糖的能源物质;b.NADPH在碳反应中是还原剂;c.碳反应虽然不直接需要光,但只有在有光的条件下才能一轮一轮地循环归纳总结

a.光合作用中光反应和碳反应不是独立的,而是息息相关的两个过程,没有光反应,碳反应也

无法进行。b.光合作用的场所在真核生物中一定为叶绿体,在原核生物中为细胞质中含有光合色素的光

合膜。c.光合作用过程中,ATP提供能量;NADPH提供能量并作为还原剂。2.光合产物在植物细胞中的利用

三碳糖是CO2分子进入卡尔文循环后形成的第一个糖,其形成标志着光合作用合成糖的

过程已经完成。在叶绿体内,三碳糖作为原料用于淀粉、蛋白质和脂质的合成。大部分三碳

糖运至叶绿体外,并且转变成蔗糖,供植物体所有细胞利用。1.光合速率(光合强度):一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行的光合作用,如释

放多少氧气、消耗多少二氧化碳。光合作用的强弱一般用光合速率来表示。2.表观光合速率(净光合速率):光照条件下,人们测得的CO2吸收量,即植物从外界环境吸收的

CO2总量。3.真正光合速率(总光合速率):光照条件下,植物从外界环境中吸收的CO2的量+细胞呼吸释放

的CO2的量。4.影响光合速率的重要因素(1)光强度:光合速率随光强度的增加而增加,但在强度达到全日照之前,光合作用已达到光饱

和点时的速率,即光强度再增加,光合速率也不会增加。因为在光饱和点的光强度下,光合作

用的光反应已达到最快的速率,所以光强度再增加也不能使光合速率增加。知识点5光合作用受环境因素的影响

(2)温度:一定范围内光合速率随温度的升高而加快。光合作用对温度比较敏感,温度过高则

酶的活性减弱或丧失,所以光合作用有一个最适温度。(3)CO2浓度:CO2直接影响碳反应速率。空气中CO2浓度的增加会使光合速率加快。1.在提取液中加入无水CaCO3可提高光合色素的溶解度,加入SiO2可以防止色素被破坏,这种

说法正确吗?2.滤纸条上的色素从上至下的顺序是叶黄素、胡萝卜素、叶绿素b、叶绿素a,这种说法正确吗?3.类胡萝卜素中仅包含胡萝卜素和叶黄素,它们都是由碳氢链组成的分子,主要吸收蓝紫光,

这种说法正确吗?4.水在光下裂解形成的H+和e-在光下将NADP+还原为NADPH,光照停止后,碳反应在消耗完

光反应的ATP和NADPH后停止,这种说法正确吗?知识辨析提示提示提示提示不正确。在提取液中加入无水CaCO3可防止光合色素被破坏,加入SiO2使研磨充分。不正确。滤纸条上的色素从上至下的顺序是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。不正确。类胡萝卜素中最多的是胡萝卜素和叶黄素,它们都是由碳氢链组成的分子,主要吸收蓝紫光。正确。水在光下裂解为H+、O2和电子,H+和e-在光下将NADP+还原为NADPH,若没有光反应提供的ATP和NADPH,碳反应无法进行。5.1分子的二氧化碳与1个五碳糖结合,1个六碳分子,这个六碳分子随即分解成2个三碳酸,然

后2个三碳酸被还原成2分子三碳糖,这个过程需要经过1轮卡尔文循环,这种说法正确吗?6.离开卡尔文循环的三碳糖大部分运至叶肉细胞外,转变成蔗糖,再运至其他细胞,供植物体

所有细胞利用,这种说法正确吗?7.在一定范围内,光合速率随光强度的增加而增加,在强度达到全日照时,光合作用才刚达到

光饱和点时的速率,这种说法正确吗?提示提示提示正确。1分子的二氧化碳与1个五碳糖结合,形成1个六碳分子,这个六碳分子随即分解成2个三碳酸分子,然后这2个三碳酸分子被还原成2分子三碳糖,该过程经过1轮卡尔文循环。不正确。离开卡尔文循环的三碳糖在叶绿体内能作为合成淀粉、蛋白质、脂质的原料。大部分三碳糖运至叶绿体外,转变成蔗糖,才能从叶肉细胞运至其他细胞,供植物体所有细胞利用。不正确。在一定范围内,光合速率随光强度的增加而增加,在强度达到全日照之前,光合作

用已达到光饱和点时的速率。1.提高实验效果的操作及目的定点1光合色素的提取与分离关键能力定点破过程操作操作目的提取色素选材取新鲜绿色的叶片放入40~50℃的烘箱中烘干使滤液中色素含量高实验试剂研磨时加95%的酒精溶解叶片中的色素研磨时加少量SiO2和CaCO3使研磨充分和保护叶绿素实验操作迅速、充分研磨防止溶剂挥发,充分溶解色素盛放滤液的试管管口加棉塞防止溶剂挥发和色素分子被氧化过程操作操作目的分离色素滤纸条滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散滤纸条的一端剪去两角防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快滤液细线滤液细线要直、细、匀使分离出的色素带平整不重叠滤液细线干燥后再重复画,共画3~4次增加色素量,使分离的色素带清晰分明滤液细线不触及层析液防止色素直接溶解到层析液中2.异常现象分析(1)收集到的滤液绿色过浅①未加二氧化硅,研磨不充分。②使用放置数天的绿叶,色素(叶绿素)太少。③一次加入大量的酒精,提取液浓度过低(正确做法:分次加入少量酒精)。④未加或加入碳酸钙过少,叶绿素被破坏。(2)滤纸条色素带重叠:滤液细线过粗或连续画滤液细线。(3)滤纸条上无色素带①忘记画滤液细线或没有提取出色素。②滤液细线接触到层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中。定点2环境改变时,短时间内光合作用的中间产物和终产物含量的变化条件过程变化模型分析光照由强到弱,CO2供应不变①过程减弱,随ATP、NADPH减少②③过程减弱,④过程正常进行

条件过程变化模型分析光照由弱到强,CO2供应不变①过程增强,随ATP、NADPH增加②③过程增强,④过程正常进行

光照不变,CO2由充足到不足④过程减弱,随三碳酸减少②③过程减弱,①过程正常进行

光照不变,CO2由不足到充足④过程增强,随三碳酸增加②

③过程增强,①过程正常进行

特别提醒

a.以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化,而非长时间。b.以上各物质变化中,三碳酸和五碳糖含量的变化是相反的,NADPH和ATP含量的变化是一

致的。典例在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与

白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质,组合正确的是

(

)A.红光,ATP下降B.红光,三碳酸上升C.绿光,NADPH下降D.绿光,五碳糖上升C思路点拨

光源的改变→光能的吸收量改变→光反应产物(NADPH和ATP)量变化→碳反应

过程中物质含量变化。解析

在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与

白光相同的红光照射,光反应增强,产生NADPH和ATP的速率加快,三碳酸还原加快,而二氧

化碳固定速率暂时不变,因此三碳酸含量减少,五碳糖、ATP、NADPH含量增加;在适宜反应

条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与白光相同的绿光照

射,光反应减弱,产生NADPH和ATP的速率减慢,三碳酸还原减慢,而二氧化碳固定速率暂时

不变,因此三碳酸的含量增加,五碳糖、ATP、NADPH含量减少,C正确。1.光强度、CO2浓度、温度对光合作用的影响分析(1)光强度

①曲线解读a.A点:只进行细胞呼吸。b.AB段:随光强度增大,光合速率也逐渐增大,但光合速率小于细胞呼吸速率。定点3影响光合作用的环境因素c.B点:光合速率等于细胞呼吸速率,B点时的光强度称为光补偿点(细胞呼吸释放的CO2全部

用于光合作用)。d.BC段:光强度不断加强,光合速率不断增加,光合速率大于细胞呼吸速率。e.C点对应的光强度为光饱和点(光合速率达到最大时的最低光强度)。C点以后光强度加强,

光合速率不再增加。②在生产上的应用:间作套种的农作物合理搭配,可充分利用光能。(2)CO2浓度

①曲线解读a.图1和图2都表示在一定范围内,光合速率随CO2浓度的增加而增大,但当CO2浓度增加到一

定范围后,光合速率不再增加。b.图1中A点表示光合速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点;图2中的A'点表示进

行光合作用所需CO2的最低浓度。图1中的B点和图2中的B'点都表示CO2饱和点。②在生产上的应用:施用有机肥增加产量;温室栽培植物时,可以适当提高室内CO2浓度;大田

生产“正其行,通其风”,即提高CO2浓度,增加产量。(3)温度①曲线解读:温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性进而影响光合速率。②在生产上的应用:冬季种植蔬菜用大棚来提高温度,保证光合作用的进行。2.水和营养元素对光合作用的影响分析(1)水:既是光合作用重要的反应物,又可影响气孔的开闭,间接影响CO2的吸收,还可影响光合

产物的运输,从而影响光合速率。(2)营养元素:影响细胞内许多化合物的合成,从而影响植物体的光合作用,如氮是构成细胞内叶绿素、酶、ATP等物质的基本元素之一,可以影响叶面积和叶片数量,从而影响光合作用。3.多因素对光合作用的影响分析

(1)曲线解读①P点及P点之前,限制光合速率的因素主要是横坐标所示因素,随该因素的不断增强,光合速

率不断提高。②Q点及Q点之后,横坐标所示因素不再影响光合速率,若要提高光合速率,可采取适当提高图

中其他因素的方法。(2)应用①温室栽培植物时,在光强度一定条件下,白天适当提高温度,可增加与光合作用有关的酶的

活性,提高光合速率,也可同时适当补充CO2进一步提高光合速率。②当温度适宜时,可适当增加光强度和CO2浓度以提高光合速率。典例将桑树和大豆分别单独种植(单作)或两种隔行种植(间作),测得两种植物的光合速率

如图所示(注:光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光强度)。据图分析,下列叙述正

确的是

(

)

AA.大豆植株开始积累有机物时的最低光强度单作大于间作B.与单作相比,间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大C.间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率D.与单作相比,间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响思路点拨

解析

据题图分析可知,大豆植株开始积累有机物时的最低光强度单作大于间作,A正确;与

单作相比,间作时桑树光合作用的光饱和点增大,而大豆的光饱和点减小,B错误;由题图可知,

大豆在弱光时的光合速率间作大于单作,C错误;题图中的曲线显示大豆间作时呼吸强度比单

作时小,D错误。1.净光合速率、真正光合速率和细胞呼吸速率(1)图示

定点4测定绿色植物光合速率与呼吸速率项目表示方法真正光合速率(总光合速率)光照下,单位时间O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量细胞呼吸速率黑暗下,单位时间CO2的释放量、O2的消耗量、有机物的消耗量净光合速率(表观光合速率)光照下,单位时间O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量(2)表示方法①植物总光合速率=植物呼吸速率+植物净光合速率。②植物光合作用固定的CO2总量=呼吸作用产生的CO2量+从外界吸收的CO2量。③光合作用产生的O2量=呼吸作用消耗的O2量+释放到外界的O2量。2.液滴移动法——测定呼吸速率和净光合速率

(1)装置甲测定呼吸速率①烧杯中的NaOH溶液用于吸收细胞呼吸产生的CO2。②将装置甲置于黑暗条件下,植物只进行细胞呼吸,单位时间内红色液滴左移的距离表示植

物O2的消耗速率,可代表呼吸速率。(2)装置乙测定净光合速率①烧杯中的CO2缓冲液保证了容器内CO2浓度的恒定,也满足了光合作用需求。②将装置乙置于光照条件下,植物进行光合作用和细胞呼吸,单位时间内红色液滴右移的距

离表示植物的O2释放速率,可代表净光合速率。(3)为防止气压、温度等物理因素引起实验误差,应设置对照实验,即用死亡的相同大小的同

种绿色植物进行相关实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。1.自然环境中一昼夜植物光合作用曲线

定点5光合作用的日变化曲线分析b点开始进行光合作用c点光合作用强度=呼吸作用强度d点“光合午休”e点光合作用强度=呼吸作用强度,有机物积累量最大bf段制造有机物ce段积累有机物2.密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线AB段无光照,植物只进行呼吸作用BC段无光照,植物只进行呼吸作用,温度降低,呼吸作用减弱C点有光照,开始进行光合作用CD段光照较弱,光合作用强度<呼吸作用强度D点光合作用强度=呼吸作用强度DH段光照增强,光合作用强度>呼吸作用强度(FG段表示“光合午休”)H点光合作用强度=呼吸作用强度,有机物积累量最大HI段光照减弱,光合作用强度<呼吸作用强度,直至光合作用停止该植物一昼夜表现为生长,其原因是I点时玻璃罩内CO2浓度低于A点时玻璃罩内CO2浓

度,说明经过一昼夜,密闭容器中CO2浓度减小,即植物光合作用制造的有机物总量>呼吸作用

消耗的有机物量,植物有有机物积累。典例如图是大棚番茄在24h内测得CO2含量和CO2吸收速率的变化曲线图,下列有关叙述错

误的是

(

)A.OA段CO2释放速率降低可能是因为夜晚温度降低使细胞呼吸减弱B.D时光合速率降低的直接限制条件可能是胞间二氧化碳浓度C.如果N点低于M点,说明经过24h,植物的表观光合作用量为正值D.番茄通过光合作用制造有机物的时间是CE段D解析

OB段大棚番茄只进行呼吸作用,OA段温度降低导致细胞呼吸减弱,CO2释放速率降低,

A正确;D时气温高,蒸腾作用过强导致部分气孔关闭,CO2供应不足,光合速率下降,B正确;如

果N点低于M点,说明经过一昼夜,植物体内的有机物总量增加,C正确;番茄通过光合作用制

造有机物的时间是BF段,CE段是有机物的积累,D错误。学科素养题型破素养1生命观念——主动转运的能量来源情境探究主动转运可通过ATP驱动泵、协同转运蛋白或光驱动泵逆浓度梯度或电化学梯度进行,

分为ATP直接驱动、ATP间接驱动和光驱动三种类型,如图所示。

问题1

通道蛋白与ATP驱动泵、协同转运蛋白、光驱动泵在物质运输特点上的不同之处

是什么?提示

通道蛋白运输物质的方向是顺浓度梯度或电化学梯度,不消耗能量。问题2

已知小肠绒毛上皮细胞外是高Na+环境,小肠绒毛上皮细胞膜上的协同转运蛋白将

Na+转运进细胞的同时完成了葡萄糖进入细胞的过程,协同转运蛋白运输Na+和葡萄糖的方式

一样吗?提示

不一样。细胞外Na+浓度高于细胞内,Na+顺浓度梯度进入细胞不消耗能量,运输方式

是易化扩散;小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖是伴随着Na+易化扩散进入细胞发生的,即Na+运

输驱动了葡萄糖的主动转运。问题3

协同转运蛋白可以运输不止一种物质,能否说明膜转运蛋白运输物质不具有特异性?提示

不能。协同转运蛋白在运输物质时,物质与蛋白质特定部位特异性结合才能实现转

运,运输具有特异性。问题4

从进行主动转运的不同方式的结构基础谈谈你对蛋白质是生命活动的主要承载者

的认识。提示

主动转运是细胞获取生命活动所需营养物质的重要方式之一,图示3种类型的主动转

运都需要载体蛋白,体现了膜蛋白在生命活动中的重要地位。主动转运的三种类型(1)ATP直接驱动:直接利用ATP水解提供的能量,实现离子或小分子逆浓度梯度或电化学梯

度的跨膜运输。如Na+-K+泵,又称钠钾ATP酶,不仅是载体蛋白,也是催化ATP水解的酶。(2)ATP间接驱动:需要借助协同转运蛋白进行。协同转运蛋白分为同向协同转运蛋白和反

向协同转运蛋白。讲解分析

同向协同转运反向协同转运特点两种物质运输方向相同,一种物质顺浓度梯度(或电化学梯度)的转运为另一种物质逆浓度梯度(或电化学梯度)的转运提供驱动力两种物质运输方向相反,一种物质顺浓度梯度(或电化学梯度)的转运为另一种物质逆浓度梯度(或电化学梯度)的转运提供驱动力

同向协同转运反向协同转运举例

a.H+通过质子泵逆浓度梯度运输到细胞外,从而使细胞外H+浓度高于细胞内;b.细胞膜上的SU载体将H+由细胞外顺浓度梯度运输到细胞内的同时,将蔗糖主动转运到细胞内

a.H+消耗能量逆浓度梯度进入液泡,液泡中H+浓度高于细胞质基质;b.液泡膜上的NHX载体将H+由液泡顺浓度梯度运输到细胞质基质的同时将Na+主动转运到液泡中(3)光驱动泵:主要发现于细菌细胞,光驱动泵可以利用光能逆浓度梯度运输物质。典例呈现例题钠钾ATP酶(Na+/K+-ATPase)普遍存在于动物细胞膜上,能够利用ATP水解释放的能量

将细胞内的Na+泵出细胞,而相应地将细胞外的K+泵入细胞,从而维持膜内外一定的电化学梯

度。该电化学梯度能驱动葡萄糖同向转运载体以同向协同转运的方式将葡萄糖运入细胞,然

后膜上的转运载体GLUT2将葡萄糖运至细胞外液,完成对葡萄糖的吸收。如图为人小肠上

皮细胞吸收葡萄糖的过程示意图,下列相关分析正确的是

(

)

A.葡萄糖进出小肠绒毛上皮细胞的方式不同,但运输的载体相同B.Na+通过Na+/K+-ATPase的跨膜运输是主动转运,K+通过Na+/K+-ATPase的跨膜运输是易化扩散C.图示细胞的膜蛋白有物质运输、信息交流等功能D.当细胞内外Na+浓度相等时,Na+和葡萄糖的协同转运不能进行D解题思路

根据上图分析,A、B错误;图示细胞的膜蛋白具有物质运输功能,并未体现具有信息交流功

能,C错误;细胞利用细胞膜两侧Na+浓度梯度主动转运葡萄糖,当细胞内外Na+浓度相等时,Na+

浓度梯度消失,Na+和葡萄糖的协同转运停止,D正确。Rubisco是普遍分布于玉米、大豆等作物叶绿体中的一种双功能酶,它既是光呼吸中不

可缺少的加氧酶,也是卡尔文循环中固定CO2最关键的羧化酶。在较强光照下,Rubisco以五

碳化合物(RuBP)为底物,在CO2/O2的值高时,催化RuBP结合CO2发生羧化;在CO2/O2的值低时,

催化RuBP结合O2发生氧化产生光呼吸,具体过程如图所示。

素养2生命观念——光合作用的特殊类型情境探究问题1

从物质变化的角度看,光呼吸和需氧呼吸的共同点是什么?提示

光呼吸和需氧呼吸都需要消耗O2,都产生CO2。问题2

在天气晴朗、气候干燥的中午,大豆叶肉细胞中光呼吸的强度较通常条件下会升高

还是降低?为什么?提示

升高。在天气晴朗、气候干燥的中午,光强度较强,植物部分气孔关闭,CO2/O2的值较

低,此时Rubisco催化RuBP结合O2发生氧化产生光呼吸,故光呼吸强度升高。问题3

光呼吸的存在会明显降低作物产量,原因是什么?提示

光呼吸存在时,光呼吸消耗参与碳反应的ATP、NADPH和RuBP,使碳反应速率降低,

从而使光合作用合成有机物减少。问题4

研究表明,光呼吸是植物在长期进化过程中为适应环境变化、提高抗逆性而形成的

一条代谢途径。据图推测,光呼吸提高抗逆性的作用机理是什么?提示

光呼吸可以为光合作用提供CO2。1.光呼吸与光合作用碳反应的比较讲解分析

光合作用碳反应光呼吸过程CO2+C5

2C3;2C3

C5+(CH2O)C5+O2

C2+C3;C2+C3

C5+CO2反应物C5、CO2C5、O2条件CO2/O2的值高CO2/O2的值低意义合成糖类,储存能量消耗能量,生成的CO2可用于光合作用2.一些植物在进化中形成了特殊的固定和浓缩CO2的机制,能够在高温、干旱导致气孔开放

度下降的情况下,有效利用叶肉细胞间隙低浓度的CO2进行光合作用,如C4植物和CAM植物。(1)C4植物:CO2在叶肉细胞被PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)固定,生成C4,C4通过胞间连丝进入维管

束鞘细胞生成CO2,CO2被C5固定,从而进入卡尔文循环。

(2)CAM植物:夜晚,植物气孔开放吸收CO2,CO2在叶肉细胞被固定为苹果酸,储存在液泡中;白

天,苹果酸出液泡,在细胞质基质中分解并释放CO2,CO2被C5固定,从而进入卡尔文循环。

C3植物C4植物CAM植物植物类型典型温带植物典型热带或亚热带植物典型干旱地区植物主要CO2固定酶RubiscoPEP羧化酶、RubiscoPEP羧化酶、Rubisco发生CO2固定的细胞叶肉细胞叶肉细胞和维管束鞘细胞叶肉细胞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最初CO2接受体RuBP(C5)PEP光下:RuBP(C5);黑暗中:PEPCO2固定的最初产物C3C4光下:C3;黑暗中:草酰乙酸(C4)3.C3植物、C4植物和CAM植物的比较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。典例呈现例题植物的叶肉细胞在光下有一个与呼吸作用不同的生理过程,即在光照下叶肉细胞吸收

O2,释放CO2。由于这种反应需叶绿体参与,并与光合作用同时发生,故称光呼吸。Rubisco是

一个双功能的酶,具有催化羧化反应和加氧反应两种功能。RuBP(C5)既可与CO2结合,经此酶

催化生成PGA(C3),进行光合作用;又可与O2在此酶催化下生成1分子PGA和1分子PG(C2),进行

光呼吸。具体过程如图1:

(1)在光照条件下,Rubisco催化RuBP与CO2生成PGA的过程称为

,该过程发生在

(填场所)中。Rubisco也可以催化RuBP与O2反应,推测O2与CO2比值

(填“高”或“低”)时,有利于光呼吸而不利于光合作用。(2)分析表格,

遮光比例条件下植物积累的有机物最多。结合已学的生物学知识和图

中的信息,从两个方面解释为什么该条件下比不遮光条件下积累的有机物多?

。遮光比例(%)叶绿素含量(mg/g)净光合速率(μmol·m-2·s-1)植株干重(g)02.18.07.5102.39.69.9302.48.99.2502.65.07.2702.92.74.8903.003.2CO2的固定叶绿体基质高

10%适当遮光可以提高叶绿