2022届高三生物一轮复习：小专题-光合作用CO2固定途径

2022一模理综生物29题变式练——光合作用二氧化碳固定途径一、C3、C4途径人们根据光合作用碳同化的最初光合产物的不同，把高等植物分成两类：①C3植物：这类植物的最初产物是3-磷酸甘油酸（三碳化合物），这种反应途径称为C3途径，又称为卡尔文循环。如水稻、小麦、棉花、大豆等大多数植物。②C4植物：这类植物以草酰乙酸（四碳化合物）为最初产物，所以称这种途径为C4途径，如甘蔗、玉米、高梁等。因为C4植物中含有能固定CO2为C4的相关酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，简称为PEP羧化酶（与CO2有很强的亲和力）。可促使PEP把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。C4植物这种独特的作用，被形象的比喻成“二氧化碳泵”。【典例1】20世纪50年代，卡尔文阐明C3途径之后，人们曾认为不管是藻类还是高等植物,其CO2固定与还原都是按C3途径进行的,直到1965年,美国夏威夷甘蔗栽培研究所发现，用14C标记CO2后，14C首先出现在一种C4酸中,而后才出现在C3酸中,后来人们将这类光合作用时CO2中的C首先转移到C4酸中,然后才转移到C3酸中的植物,称为C4植物,将其固定CO2的途径叫作C4途径。现发现在蕨类和裸子植物中没有C4植物,只有被子植物中才有C4植物,图示为C4植物中C4途径和C3途径的关系。回答下列问题:(1)据图中信息可知，C4植物光合作用发生在细胞中，其CO2中的C转移到(CH2O)的途径是(用符号和箭头表示)，并且该植物细胞内CO2中的C的转移过程(填“需要”或“不需要”)消耗能量，而有机物在细胞中产生。(2)若我们将C4植物的一种牧草和C3植物的一种牧草，共同种植于同一密闭玻璃罩内，二者处于竞争优势的将是的牧草，原因是，据此我们也可以推知在高温、干旱环境中更适宜生存的是植物。(3)据题意知，C3植物和C4植物中进化程度较高的是__________植物。二、CAM（景天酸代谢）途径景天属植物是一大类肉质植物，景天酸代谢(crassulaceanacidmetabolism，CAM)首先就是在这类植物中发现。景天属植物夜间将吸收的CO2固定在苹果酸（C4）中，白天苹果酸分解释放CO2参与光合作用。【典例2】以景天科植物为代表的多种植物，其体内具有特殊的CO2固定方式，即CAM途径又称为景天酸代谢途径。其过程为：夜晚气孔开放，在PEP羧化酶等酶催化作用下，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸内，储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2，为叶绿体提供光合作用的原料。具体过程如下图所示，请据图回答下列问题：此类植物夜晚吸收CO2，但并不能合成有机物，原因是。（2）白天进行光合作用所需CO2的来源是，CO2在卡尔文循环中首先被固定为。（3）白天叶肉细胞产生ATP的部位是。（4）具有景天酸代谢过程的植物通过改变其代谢途径以适应特殊环境，这种特殊环境最可能是。这种方式既能防止，又能保证正常进行。三、其他途径【典例3】衣藻是生活在淡水中的一种单细胞藻类，当外界CO2浓度较低时，衣藻可以通过如右图所示的CO2浓缩机制为叶绿体进行光合作用提供较高浓度的CO2，请根据所学知识回答下列问题。（1）衣藻不同于蓝藻的最大区别是。（2）衣藻光合作用所需的CO2除了图示来源外，还可来自________________（填生理过程）。通常HCO3－跨膜进入衣藻细胞都要消耗能量，由此推测HCO3－的跨膜运输的方式是，其生理意义是。（3）从图中可以看出，衣藻细胞能够从外界获取较多的CO2途径主要包括两个方面：一方面：__________________________________________________________________________。另一方面：_______________________________________________________________________________。【典例1】(1)叶肉细胞和维管束鞘CO2→C4→CO2→C3→(CH20)需要维管束鞘C4植物密闭环境中CO2的浓度逐渐降低，而C4植物固定CO2的酶与CO2的亲和力高，故其利用低浓度的CO2的能力强于C3植物C4(3)C4【典例2】（1）夜晚没有光照，不能进行光反应，不能为暗反应提供ATP和[H]，不能进行暗反应生成有机物（2）苹果酸脱羧和呼吸作用（或细胞呼吸）C3（3）叶绿体、线粒体和细胞质基质（4）干旱环境蒸腾作用过强导致水分散失过多光合作用【典例3】(1)衣藻有以核膜为界限的细胞核(2)细胞呼吸主动运输保证衣藻在外界环境中