高三生物C3植物和C4植物

1、1961年的诺贝尔化学奖得主年的诺贝尔化学奖得主美国科学美国科学家家 卡尔文（卡尔文（ Melvin Calvin 19111997） 卡尔文在一个装置中放入进行光合作用的小球藻悬浮液，卡尔文在一个装置中放入进行光合作用的小球藻悬浮液，注入普通的二氧化碳，然后按照预先设定的时间长度向注入普通的二氧化碳，然后按照预先设定的时间长度向装置中注入装置中注入14C标记的二氧化碳，在每个时间长度结束标记的二氧化碳，在每个时间长度结束时，杀死小球藻，使酶反应终止，提取产物进行分析。时，杀死小球藻，使酶反应终止，提取产物进行分析。他通过他通过色谱分析法色谱分析法发现当把光照时间缩短为几分之一秒发现当把光照时

2、间缩短为几分之一秒时，磷酸甘油酸（时，磷酸甘油酸（C3化合物）占全部放射性的化合物）占全部放射性的90，这就证明了磷酸甘油酸（这就证明了磷酸甘油酸（C3化合物）是光合作用中由二化合物）是光合作用中由二氧化碳转化的第一个产物。在氧化碳转化的第一个产物。在5秒中的光合作用后，卡秒中的光合作用后，卡尔文找到了含有尔文找到了含有放射性放射性的的C3化合物、化合物、C5化合物和化合物和C6化化合物。合物。 在实验中，卡尔文发现在光照下在实验中，卡尔文发现在光照下C3化合物和化合物和C5化化合物很快达到饱和并保持稳定。但当把灯关掉后，合物很快达到饱和并保持稳定。但当把灯关掉后，C3化化合物的浓度急速升高，

3、同时合物的浓度急速升高，同时C5化合物的浓度急速降低。化合物的浓度急速降低。如果在光照下突然中断二氧化碳的供应，则如果在光照下突然中断二氧化碳的供应，则C5化合物就化合物就积累起来，积累起来，C3化合物就消失。化合物就消失。澳大利亚科学家澳大利亚科学家M.D.Hatch和和C.R.Slack在研究玉米、甘蔗等原产在研究玉米、甘蔗等原产热带地区的绿色植物发现，当向这热带地区的绿色植物发现，当向这些绿色植物提供些绿色植物提供14C时，光合作用开时，光合作用开始后的始后的1秒内，秒内， 90以上的以上的14C出现出现在含有四个碳原子的有机酸（在含有四个碳原子的有机酸（C4）中。随着光合作用的进行，中

4、。随着光合作用的进行，C4中的中的14C逐渐减少，而逐渐减少，而C3中的中的14C逐渐增多。逐渐增多。 结论：说明在这类绿色植结论：说明在这类绿色植物的光合作用中，物的光合作用中，CO2中中的的C原子首先转移到原子首先转移到C4中，中，然后才转移到然后才转移到C3中。中。C3植物和C4植物例如：玉米、甘蔗、例如：玉米、甘蔗、高粱、苋菜等热带植高粱、苋菜等热带植物（物（ ）。）。例如：小麦、水稻、大麦、例如：小麦、水稻、大麦、大豆、马铃薯、菜豆和菠菜大豆、马铃薯、菜豆和菠菜等温带植物。（等温带植物。（） 14CO214C314C414C3C3植物和植物和C4植物的叶片结构有哪些不同？植物的叶片结

5、构有哪些不同？比较项目比较项目植物种类植物种类维管束鞘细胞维管束鞘细胞叶肉细胞叶肉细胞细胞细胞大小大小是否含叶绿是否含叶绿体体排列排列是否含是否含叶绿体叶绿体C3植物植物C4植物植物C3植物和植物和C4植物叶片结构比较植物叶片结构比较比较比较项目项目植物植物种类种类维管束鞘细胞维管束鞘细胞叶肉细胞叶肉细胞细胞细胞大小大小是否含叶绿体是否含叶绿体排列排列是否含是否含叶绿体叶绿体C3植植物物小小不含叶绿体不含叶绿体栅栏组织和栅栏组织和海绵组织海绵组织含叶绿含叶绿体体C4植植物物大大含有没有基粒含有没有基粒的叶绿体的叶绿体含叶绿含叶绿体体C3植物和植物和C4植物叶片结构比较植物叶片结构比较学以致用：

6、你能否利用所学知识区分你周围的植物是学以致用：你能否利用所学知识区分你周围的植物是C3植物还植物还是是C4植物？植物？通过研究发现，通过研究发现，C3植物的维植物的维管束鞘细胞含有没有基粒的管束鞘细胞含有没有基粒的叶绿体，这种叶绿体不仅数叶绿体，这种叶绿体不仅数量多，而且体积大。量多，而且体积大。C3植物植物和和C4植物之所以具有不同的植物之所以具有不同的固定固定CO2的途径与二者的结的途径与二者的结构有密切关系。构有密切关系。 植物种植物种类类CO2的的受体受体CO2固固定后的定后的产物产物CO2固固定后的定后的场所场所CO2还还原的场原的场所所ATP和和NADPH的作的作用对象用对象暗反应

7、暗反应的途径的途径C3植物植物C4植物植物途径途径途径途径途径途径C C4 4植物固定植物固定COCO2 2的的PEPPEP羧化酶与羧化酶与COCO2 2的亲和力比的亲和力比C C3 3途径中途径中C C5 5羧化酶与羧化酶与COCO2 2的亲和力高的亲和力高6060倍。因此，倍。因此，C C4 4植植物能够把大气中含量很低的物能够把大气中含量很低的COCO2 2以以C C4 4的形式固定下来，并运输到维的形式固定下来，并运输到维管束鞘细胞的叶绿体中供管束鞘细胞的叶绿体中供C C3 3途径途径利用。利用。因此，在热带的高温地区及在夏因此，在热带的高温地区及在夏季炎热的中午，叶片气孔关闭，季炎热

8、的中午，叶片气孔关闭，C C4 4植物能够利用叶片内细胞间隙植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的中含量很低的COCO2 2进行光合作用。进行光合作用。C C4 4植物比植物比C C3 3植物更适于生活在温植物更适于生活在温度较高的热带地区，度较高的热带地区，C C4 4植物比植物比C C3 3植物在进化上更高等。植物在进化上更高等。 1科学家向玉米提供科学家向玉米提供14CO2以追踪以追踪14C的足迹，的足迹，正确的是正确的是( )A14CO2C5C3(14CH2O)B14CO2C5C4(14CH2O)C14CO2C5C4C3(14CH2O)D14CO2C4C3(14CH2O) 小结小结:

9、:C3植植物物与与C4植植物物比比较较表表植物类型植物类型C3植物植物C4植物植物举例植物举例植物温带植物：小麦、大温带植物：小麦、大豆豆热带、亚热带植物：热带、亚热带植物：玉米玉米叶片解剖结叶片解剖结构构维管束鞘及周围无维管束鞘及周围无“花环型花环型”解剖结构解剖结构维管束鞘及周围有维管束鞘及周围有“花环型花环型”解剖结构解剖结构叶绿体类型叶绿体类型只有一种类型叶绿体只有一种类型叶绿体 有两种类型叶绿体有两种类型叶绿体CO2固定途径固定途径 C3循环途径循环途径C3和和C4两个途径，在两个途径，在空间和时间上分开空间和时间上分开CO2的最初受的最初受体体一种五碳糖（一种五碳糖（C5）一种三碳酸（一种三碳酸（PEP）CO2的利用率的利用率 较低较低较高。能把空气中很较高。能把空气中很低的低的CO2固定下来固定下来光合作用效光合作用效率率较低较低较高较高 1C4途径的途径的CO2的受体是磷酸烯醇式的受体是磷酸烯醇式丙酮酸（丙酮酸（PEP），），CO2与与PEP结合生成结合生成C4的场所是叶肉细胞的叶绿体。的场所是叶肉细胞的叶绿体。 2C4形成后进入维管束鞘细胞释放形成后进入维管束鞘细胞释放