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一. 教學(xué)內(nèi)容： C3途徑和C4途徑、提高農(nóng)作物的光合作用效率
二. 學(xué)習(xí)內(nèi)容： 本講學(xué)習(xí)不同植物的光合途徑，知道什么是C3途徑和C4途徑，兩種植物光合結(jié)構(gòu)的差別，光合過程的異同點。了解兩種途徑的光合過程，以及對植物的意義。學(xué)習(xí)提高農(nóng)作物的光合作用效率的方法。知道什么是光合作用效率，影響光合作用效率的因素有哪些，這些因素如何發(fā)揮作用，怎樣通過控制光合過程中的因素來提高光合作用效率。
三. 學(xué)習(xí)重點： 1. C3途徑和C4途徑的區(qū)別 2. C3植物和C4植物結(jié)構(gòu)比較 3. C4途徑的特點意義 4. 提高光合效率的方法 5. 光照和二氧化碳對光合作用的影響
四. 學(xué)習(xí)難點： 1. C3植物和C4植物結(jié)構(gòu)比較 2. C4途徑的特點及其意義 3. 提高光合效率的方法 4. 礦質(zhì)元素對光合作用影響
五. 學(xué)習(xí)過程： （一）概念 C3途徑：在光合作用過程中，CO2中的C首先轉(zhuǎn)移到C4中，然后才轉(zhuǎn)移到C3中繼續(xù)合成的途徑 C4途徑：光合作用過程中，將CO2固定后直接形成C3的途徑 C3植物：具有C3途徑光合作用的植物 C4植物：具有C4途徑光合作用的植物 C4途徑的發(fā)現(xiàn)：同位素標(biāo)記示蹤
（二）C3植物和C4植物結(jié)構(gòu)特點
由于C3植物和C4植物在結(jié)構(gòu)上的差異，兩者在固定CO2時有不同的途徑
（三）C4植物光合作用的特點 A. 基本過程： 1. CO2在葉肉細(xì)胞葉綠體中在酶的催化下被磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）固定，形成草酸乙酸（C4） 2. C4進入維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中，釋放一個CO2，形成丙酮酸 3. 丙酮酸再次進入葉肉細(xì)胞葉綠體，在酶的作用下，由ATP供能，轉(zhuǎn)化為PEP，繼續(xù)固定CO2 4. CO2被C5固定，快速生成兩個C3 5. 在酶的作用下，一部分C3接受ATP和NADPH釋放出的能量，且被NADPH還原，經(jīng)過一系列變化形成糖類等有機物 6. 另一部分C3經(jīng)過復(fù)雜的變化形成C5，維持暗反應(yīng)的進行 B. 過程圖解：
C. 基本特點： 1. 在C4植物中有C4途徑也有C3途徑 2. C4途徑發(fā)生在葉肉細(xì)胞的葉綠體中，C3途徑發(fā)生在維管束鞘細(xì)胞葉綠體中 3. C4途徑起到傳遞集中CO2作用，將外界的光合原料傳遞到維管束鞘細(xì)胞葉綠體內(nèi)合成有機物 4. 在傳送CO2的過程中，要消耗能量，來自ATP提供能量 5. 二氧化碳的轉(zhuǎn)移通過草酰乙酸、丙酮酸完成，不是氣體直接通過細(xì)胞傳遞 6. C4途徑中固定CO2的酶（PEP羧化酶）有很強的親和能力，可以將大氣中的低濃度CO2固定下來 7. C4途徑固定CO2的能力要比C3途徑中的強，起到CO2泵的作用，提高了C4植物利用CO2的能力 8. 干旱條件下，葉片氣孔關(guān)閉，C4植物能利用葉肉細(xì)胞間隙的低濃度CO2光合，C3植物不能 可以看出： （1）C4途徑和CAM途徑都有一個固定CO2的附加過程，外界CO2先同化為四碳二羧酸，再經(jīng)脫羧后固定形成碳水化合物。 （2）C4植物CO2的固定和還原在空間上是分開的，而CAM植物CO2的固定和還原則是在時間上隔開的。 （3）C3和CAM植物的光合產(chǎn)物在葉肉細(xì)胞中形成；C4植物的光合產(chǎn)物在維管束鞘細(xì)胞中形成。 （4）C4和CAM植物消耗的能量比C3植物高。
（四）光合作用效率 光合效率：綠色植物通過光合作用制造的有機物中所含的能量，與光合作用中吸收的光能的比值 提高作物產(chǎn)量方法：
（五）光強對光合作用的影響 1. 光照的重要性：是光合作用基本條件，直接影響作物的光合作用效率 2. 光強的影響：不同的作物對光照的強弱需求不同 陽生植物在光強不足時生長不良，不利產(chǎn)量的提高；陰生植物在光強太弱不利生長，但是光強太強甚至有傷害作用。 3. 光成分的影響：不同顏色的光對農(nóng)作物的光合作用效率有一定的影響 （1）對光合效率的影響 能量相等的單色光照射綠色植物： 紅光和藍(lán)紫光有利于提高光合作用效率 黃綠光不利于提高光合作用效率 （2）對光合作用產(chǎn)物的成分的影響 不同的單色光照射綠色植物 藍(lán)紫光照射，光合產(chǎn)物中蛋白質(zhì)和脂肪含量較多 紅光照射下，光合產(chǎn)物中糖類較多
（六）二氧化碳的供應(yīng) 1. 影響：
（1）CO2濃度很低時，綠色植物不僅不能制造有機物，還消耗體內(nèi)的有機物（曲線在X軸下方） （2）在一定濃度范圍內(nèi)，光合作用強度隨CO2濃度的增加而加強（X軸上方曲線斜率為正） （3）達到一定濃度后，光合作用強度不再隨CO2濃度的改變而改變（斜率為0部分） （4）繼續(xù)提高CO2濃度，光合強度下降（斜率為負(fù)部分） 該曲線的縱軸單位：單位時間內(nèi)，單位面積葉片生成有機物的量，用CO2表示。曲線的繪制考慮到光合作用和呼吸作用的共同影響，是植物的凈光合作用。 2. 應(yīng)用： 通常作物周圍的CO2濃度比較的低，隨著光合作用的進行還會降低，作物常處“CO2饑餓狀態(tài)”。
（六）必須礦質(zhì)元素的供應(yīng) 1. 礦質(zhì)元素的重要作用：
2. 礦質(zhì)元素對光合的影響 氮：缺乏時，植株矮小，葉小色淡（葉綠素含量少），花少，籽實不飽滿；過多時，葉大鮮綠，光合旺盛，營養(yǎng)生長旺盛，機械組織不發(fā)達，易倒伏 磷：缺乏時，蛋白質(zhì)合成受阻，抗性降低 用磷脂酶將離體葉綠體膜上的磷脂水解，光合其他條件具備但過程受阻 鉀：對糖類的合成和運輸影響，促進蛋白質(zhì)的合成，各種酶的輔助因子 光合作用合成糖類，將糖類運輸?shù)綁K根、塊莖和種子等器官 植物對礦質(zhì)元素的利用需要適量，過多過少都會造成不良的影響。缺乏任何一種礦質(zhì)元素都會引起特有的生理病癥。每種植物的病癥因缺乏的元素的種類和數(shù)量。不同元素間相互作用，病癥更復(fù)雜。 3. 應(yīng)用： 鉀供應(yīng)充足，糖類合成加強，纖維素木質(zhì)素含量高，莖稈堅韌，抗倒伏。 葉菜多施氮肥，籽實類作物后期不宜大量施氮肥，
【模擬試題】 1. C4植物葉片的“花環(huán)”結(jié)構(gòu)的兩圈細(xì)胞，由內(nèi)到外依次是（ ） A. 維管細(xì)胞、維管束鞘細(xì)胞 B. 維管束鞘細(xì)胞、全部葉肉細(xì)胞 C. 維管束鞘細(xì)胞、部分葉肉細(xì)胞 D. 維管細(xì)胞、部分葉肉細(xì)胞 2. C4途徑中與C3途徑中的首先固定二氧化碳的有機物分別是（ ） A. C3和C4 B.C5和C3 C. PEP和C5 D.C3和PEP 3. C4植物中的維管束鞘細(xì)胞與C3植物的維管束鞘細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能不同的是（ ） A. C4植物中的維管束鞘細(xì)胞不能進行光合 B. C4植物中的維管束鞘細(xì)胞沒有完整葉綠體結(jié)構(gòu) C. C4植物中的維管束鞘細(xì)胞只進行二氧化碳傳遞作用 D. C4植物中的維管束鞘細(xì)胞的葉綠體沒有基粒結(jié)構(gòu)，但有膜片層結(jié)構(gòu) 4. 完成二氧化碳的傳送后，從維管束鞘細(xì)胞進入到葉肉細(xì)胞的化合物是（ ） A. PEP B. 草酰乙酸 C. 丙酮酸 D. C5化合物 5. C4途徑發(fā)生在下列哪個位置（ ） A. 篩管細(xì)胞中 B. 維管束鞘細(xì)胞中 C. 花環(huán)結(jié)構(gòu)葉肉細(xì)胞 D. 導(dǎo)管細(xì)胞 6. 下列植物中哪些是C4植物的是（ ） A. 玉米 B. 水稻 C. 小麥 D. 花生 7. 植物的光合作用產(chǎn)物通常與光的波長有關(guān)，用下列那種波長的光照射有利于合成蛋白質(zhì)和脂肪物質(zhì)（ ） A. 紅光 B. 藍(lán)紫光 C. 黃光 D. 自然光 8. 下列那種處理方式下陰生植物光合效率最高（ ） A. 強光照，低濃度二氧化碳 B. 弱光照，低濃度二氧化碳 C. 強光照，高濃度二氧化碳 D. 弱光照，高濃度二氧化碳 9. 磷脂酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的功能分別是（ ） A. 水解磷脂，催化PEP合成為草酰乙酸 B. 合成磷脂，催化PEP合成為草酰乙酸 C. 水解磷脂，催化PEP分解為丙酮酸 D. 合成磷脂，催化PEP分解為丙酮酸 10. 鉀元素的功能敘述錯誤的是（ ） A. 促進糖類的合成和運輸 B. 促進蛋白質(zhì)的合成 C. 是各種重要酶活性發(fā)揮的活化劑 D. 是輔酶II組成成分 11.下列植物細(xì)胞的葉綠體中不含有基粒的是（ ） A. C. 12. 當(dāng)周圍空氣中CO2濃度降到很低時，對下列哪種作物的光合作用速率影響不大（ ） A. 小麥 B. 水稻 C. 甘蔗 D. 小球藻 13. A. PEP B. 14. A. 葉肉細(xì)胞的葉綠體內(nèi) B. 維管束鞘細(xì)胞的葉綠體內(nèi) C. 葉肉細(xì)胞的基質(zhì)中 D. 葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞的葉綠體內(nèi) 15. A. PEP羧化酶與CO2的親合力高 B. C4植物能耐高溫 C. C4植物的維管束細(xì)胞有葉綠體 D. C4植物葉肉細(xì)胞和維管束細(xì)胞的葉綠體都具有PEP羧化酶 16. 有些植物在春天開花時，葉子尚未生長出來，開花時期植物需要的能量主要來自（ ） A. 春天植物從土壤中吸收的礦質(zhì)元素 B. 春天植物從土壤中吸收的有機肥料 C. 花瓣的光合作用 D. 上一年貯存在植物體中的營養(yǎng)物質(zhì) 17. 如果各種作物都能夠自行固氮，能夠帶來的好處是（ ） （1）提高產(chǎn)量 （2）節(jié)省能源 （3）保護環(huán)境 （4）減少競爭 （5）有利于保持生態(tài)平衡 A. （1）（2）（3）（5） B. （2）（3）（4） C. （1）（2）（5） D. （1）（2）（3） 18. 葉綠體是植物進行光合作用的細(xì)胞器，光能的吸收發(fā)生在葉綠體的（ ） A. 內(nèi)膜上 B. 基質(zhì)中 C. 囊狀結(jié)構(gòu)薄膜上 D. 各部位上 19. 綠色植物在暗室中不能（ ） A. 生長 B. 呼吸 C. 合成葉綠素 D. 吸收礦質(zhì)元素 20. 將兩根枝條分別置于營養(yǎng)液中。其中一枝僅保留一張葉片（甲），另一枝保留兩張葉片（乙、丙），葉片置玻璃盒中密封（玻璃盒大小足以保證實驗順利進行），在甲葉和乙葉的盒中注入CO2，裝置如圖所示。照光一段時間后，可以檢測到放射性的葉片（ ）
A. 僅在甲中 B. 僅在甲和乙中 C. 僅在甲和丙中 D. 在甲、乙和丙中 21.下圖中的A、B兩圖分別表示C３、C4植物葉片橫切結(jié)構(gòu)。請據(jù)圖分析回答：
（1）注明各部分名稱：1. ；2. ；3. ；4. 。① ；② ；③ 。 （2）A、B兩圖中屬于C4植物的為 。 （3）C4植物比C3植物具有較強光合作用的原因之一是_________________，可以促使PEP把大氣中濃度很低的CO2固定下來，并使C4集中到______________中，形成（CH2O）等有機物。 22. 人參是一種名貴的滋補品，其根中含有多種人參皂苷及少量揮發(fā)油，具有補氣強身的功效。為了成功地栽培人參，科學(xué)家對人參生長的最適環(huán)境因素進行了研究。為探索人參生長的最適光照強度，將人參培養(yǎng)在密閉裝置中，緩沖液使密閉裝置中的CO2濃度保持在0.03％，用燈泡控制光強。 （1）實驗時控制的變量是___________，不變的條件是____ （2）實驗結(jié)果得到如圖的曲線（光合作用及呼吸作用強度用每小時O2的釋放量表示）：曲線中a點表示_______，b點的含義是________；d點后O2的釋放量下降的原因是_______________。
（3）如果上述曲線改為表示玉米光照強度與光合作用的關(guān)系，請你在上圖坐標(biāo)中畫出玉米光照強度與光合作用關(guān)系曲線（只要求畫出趨勢圖）。 （4）山區(qū)居民為了培植人參，將喬木砍光，留下一些灌木給人參遮陰，請你預(yù)測結(jié)果，并說明理由。___________________。
 【試題答案】 1. C 2. C 3. D 4. C 5. C 6. A 7. B 8. D 9. A 10. D 11. B 12. C 13. C 14. A 15. A 16. D 17. A 18. C 19. C 20. D 21.（1）1. 柵欄組織；2. 海綿組織；3. 維管束鞘細(xì)胞；4. 維管束；①維管束；② 維管束鞘細(xì)胞；③ 葉肉細(xì)胞 （2）B （3）C4途徑固定CO2的酶對CO2具有很強的親和力；維管束鞘細(xì)胞的葉綠體 22.（1）光照強度 ；二氧化碳濃度、溫度、裝置的容積 （2）在一定的溫度條件下，人參的呼吸強度；人參光合作用強度與呼吸作用的強度相等；光照過強，蒸騰作用旺盛導(dǎo)致氣孔關(guān)閉、二氧化碳供應(yīng)不足，水分供應(yīng)也明顯不足。 （3）玉米光補償點和光飽和點均大于人參 （4）人參培植將會失??；因為沒有喬木遮陰，灌木不能適應(yīng)強光而逐漸減少，人參屬于陰生植物不能在強光下生存 |
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