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(共31张PPT)
二轮复习微专题
《向玉米学习高产的秘诀》
复习目标
①基于证据构建玉米固定二氧化碳特殊途径的模型，并运用该模型解释 C4 植物不会出现“光合午休”现象的原因;
②通过设计实验方案检验 PEPC 可能发挥的作用，发展科学探究能力，通过分析光照强度对转 PEPC 基因水稻气孔导度与光合速率的影响，发展区分两个因变量之间关系(平行性或因果性) 的思辨能力;
③通过设想提高水稻光合产量的思路，培养创新能力和综合运用能力
图：叶片光合作用强度日变化曲线
水稻
玉米
为什么玉米在夏季中午没有“光合午休”现象呢
一、光合作用的过程【基础回归】
O2
C3
NADPH
ATP
NADP+
ADP+Pi
C5
（2023·全国·统考高考真题）植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是（ ）
A．氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B．叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C．用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D．叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢
D
（2023·全国·统考高考真题）某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后糖产生。回答下列问题。
(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是 （答出1种即可）。叶绿体中光合色素分布 上，其中类胡萝卜素主要吸收 （填“蓝紫光”“红光”或“绿光”）。
(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是 。
(3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。
答案
（1）差速离心法 类囊体薄膜 蓝紫光
（2）黑暗条件下不能进行光合作用，不能产生暗反应所需的NADPH和ATP
（3）思路：将生长状况良好且相同的植物叶片均分为甲、乙两组，甲组放置在有光的条件下，乙组放置在黑暗环境中，其他条件相同且适宜。一段时间后，用差速离心法分别提取甲、乙两组的叶绿体，制作成匀浆，分别加入碘液后观察其颜色变化。
预期结果：甲组匀浆出现蓝色，乙组匀浆无蓝色出现。
二、光合作用的影响因素
影响水稻光合作用强度的环境因素有哪些？
图：叶片光合作用强度日变化曲线
水稻
温度、光照强度、CO2浓度等
（2022·全国·统考高考真题）某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是（　　）
A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
D
三、基于证据，构建模型
【资料一】科学家用14C 标记CO2，研究玉米的光合作用，出乎意料的是放射性首先出现在 C4 化合物中，然后 C4 会从叶肉细胞进入维管束鞘细胞叶绿体中，随后放射性出现在了C3(丙酮酸)中，后来又出现在C3(3磷酸甘油酸)中，直至出现在淀粉中。
根据资料信息，完成右边模型。
C4
C4
CO2
C5
叶肉细胞
维管束鞘细胞
叶肉细胞
水稻叶片
玉米叶片
推测在植物进化过程中，C4途径是怎么出现的 有何生物学意义
参考：是生活在热带地区的植物长期与环境相互作用的结果，使得不同空间的细胞完成了各自的代谢过程，既分工又协作，从而在高温、高光强等条件下维持较高的光合速率。
四、设计实验，检验推测
为什么C4植物具有C4途径就能够在高温、强光照和干旱的条件下维持较高的光合速率呢 某同学推测：PEPC可能在增强玉米光合速率中发挥了关键作用。请设计实验加以验证，写出实验思路和预期结果和结论。（L-Asp是一种专一性抑制PEPC活性的酶）
实验思路：将生长状况相同的玉米植株平均分为两组，实验组玉米用L-Asp处理，对照组玉米不做处理，在同一高温、强光照和干旱的条件下处理一段时间，测定并比较两组玉米的净光合速率。
预期结果：实验组玉米的净光合速率较低。
结论：PEPC使C4植物能够在高温、强光照和干旱的条件下维持较高的光合速率
五、分析数据，揭示机理
既然PEPC酶发挥了关键作用，其作用机制又是什么呢
【资料二】研究者将 PEPC基因导入水稻体内并高效表达，经测量得到如下结果(图5)。
据图分析，PEPC （“是”或“否”）通过增大气孔导度促进光合速率的，依据是 。
答案：
否；
在光强小于 1000μmol·m-2·s-1 时，转基因水稻与原水稻相比，气孔导度明显增加，但两者的光合速率却非常接近；当光强大于1000μmol·m-2·s-1 时，两种水稻气孔导度开始下降，原种水稻光合速率基本不变，而转基因水稻的光合速率却大幅增加。
【资料三】科学研究发现:C4途径中PEPC与CO2的亲和力比C3途径中的
Ｒubisco高60多倍。
六、归纳总结，迁移应用
【总结】根据玉米叶片细胞的结构和代谢特点，解释玉米为什么能够在高温、强光照和干旱条件下仍具有较高的光合速率
提示：在高温、强光照和干旱条件下，叶片气孔导度下降，使叶肉细胞间CO2浓度降低，但是玉米叶肉细胞中的PEPC与低浓度CO2的亲和能力强，先在叶肉细胞固定CO2，后在维管束鞘细胞中释放出较高浓度的CO2，进行暗反应，因此具有较高的光合速率。
思考：提出利用玉米的优点提高水稻产量的思路和方法。
【资料四】江苏省农业科学院和安徽省农业科学院已育成高光效的杂交稻的亲本株系，说明转基因技术将可能成为常规育种的配套技术，为我国超高产育种提供新的技术途径。
（2021·全国·高考真题）生活在干旱地区的一些植物（如植物甲）具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
（1）白天叶肉细胞产生ATP的场所有 。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和 释放的CO2。
（2）气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止 ，又能保证 正常进行。
（3）若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。 （简要写出实验思路和预期结果）
答案
（1）细胞质基质、线粒体、类囊体薄膜 细胞呼吸
（2）植物蒸腾作用过强而导致失水过多 光合作用
（3）实验思路：植物甲在干旱的环境条件下培养一段时间；分别在白天和晚上测定植物甲液泡内的pH
预期结果：晚上液泡内的pH明显低于白天。
（2024·贵州·统考模拟预测）大豆-玉米带状间作是重要的复合种植模式之一。在土壤条件相对一致的地块，采用相同的肥水管理，以大豆和玉米的单作模式作对照，测定两种模式下大豆和玉米光合特性指标及产量，结果如下表。
回答下列问题。
(1)大豆幼叶发育为成熟叶过程中叶色由浅绿色逐渐变成深绿色，是因为光合色素中的 逐渐增多。为测定大豆的光合色素含量，提取光合色素常用的有机溶剂是 。
种植模式 净光合速率 （μmol·m-2·s-1） 叶绿素含量 （mg·g-1） 胞间CO2浓度 （μmol·m-2·s-1） 单株平均
产量（g）
单作 大豆 16 20 279 103
玉米 18 50 306 265
间作 大豆 11 24 307 84
玉米 22 58 320 505
(2)相同生长时期，与单作玉米相比，间作玉米净光合速率更高。据表分析造成这种情况可能的原因是 。
(3)相同生长时期，与单作大豆相比，间作大豆植株的蒸腾速率、叶面温度基本不变，据表分析，间作大豆光合速率降低与被玉米遮阴有关，依据是 。
(4)农业生产中带状间作种植时，选择两种植物的原则有 （答出两点即可）。
种植模式 净光合速率 （μmol·m-2·s-1） 叶绿素含量 （mg·g-1） 胞间CO2浓度 （μmol·m-2·s-1） 单株平均
产量（g）
单作 大豆 16 20 279 103
玉米 18 50 306 265
间作 大豆 11 24 307 84
玉米 22 58 320 505
答案
（1）叶绿素 （2）无水乙醇
（3）间作玉米叶绿素含量多，光反应速度快，产生的ATP、NADPH多，从而导致光合速率快。
（4） 间作大豆植株的蒸腾速率、叶面温度基本不变，表明细胞呼吸速率、气孔开度基本不变，但间作的大豆胞间二氧化碳浓度高，说明净光合速率下降的原因不是二氧化碳不足，而间作会导致一定程度的遮阴
（5）植株的高度、植株的光照需求
CAM途径
光合作用合成的有机物去哪里了？
图：水稻叶片光合作用强度日变化曲线
思考：
（1）7-10时的光合作用强度不断增强的原因是什么？
（2）10-12时作用的光合作用强度明显减弱的原因是什么？
（3）有哪些应对措施？
图：玉米叶片光合作用强度日变化曲线
一、寻找“增产”的措施
【活动】在教材中找出可以使作物增产的措施。
一、寻找“增产”的措施
【活动】在教材中找出可以使作物增产的措施。

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