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(共15张PPT)
第4节 光合作用与能量转化（第4课时）C3、C4、CAM植物、光呼吸
高中生物学
第五章 细胞的能量供应和利用
目录
课堂小结
04
课堂练习
情境导入
02
03
素养目标
01
05
探究新知
一、C3、C4、CAM植物
二、光呼吸
根据植物光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同，划分为C3、C4、CAM植物三种类型。
一、C3、C4、CAM植物
C3 植物
1
如：水稻、小麦、棉花、大豆等大多数植物。
1.C3途径——卡尔文循环
C3植物CO2固定的最初产物是三碳化合物，这种反应途径称为C3途径。
2.C4途径——将CO2固定为C4化合物
一、C3、C4、CAM植物
C4 植物
2
如：如甘蔗、玉米、高粱等。
C4植物固定CO2最初产物是四碳化合物，这种途径为C4途径。
特点:“花环型”结构。
①维管束鞘细胞含有叶绿体，无类囊体，有Rubisco，无法进行光反应；
②叶肉细胞的叶绿体：有类囊体，无Rubisco，无法进行暗反应。
C4植物的叶片结构
一、C3、C4、CAM植物
C4 植物
2
CO2浓度低
胞间连丝
PEP酶固定CO2的能力更强，能利用低浓度的CO2，被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，适应高温、光照强烈、干旱条件。并且无光合午休现象。
优势:
一、C3、C4、CAM植物
CAM植物（景天酸代谢途径）
3
3.CAM途径——将CO2固定为C4化合物
CAM途径是一种C4途径。
也是一种CO2浓缩的途径。
CAM植物主要是生活在干旱地区的植物，如:菠萝、龙舌兰、仙人掌和兰花等。
①晚上：气孔开放吸收CO2，利用吸收的CO2和呼吸产生的CO2与C3形成C4，储存在液泡中。
②白天：气孔关闭或气孔开度小，储存在液泡中的C4释放出来，形成C3和CO2，CO2进入叶绿体参与卡尔文循环，合成有机物。
CAM植物夜间吸进CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在PEP羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。
从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降。
而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；
白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。
一、C3、C4、CAM植物
CAM植物（景天酸代谢途径）
3
3.CAM途径——将CO2固定为C4化合物
C3植物
C4植物
CAM植物
一、C3、C4、CAM植物
特征 C3植物 C4植物 CAM植物
CO2受体
CO2固定后产物
CO2固定酶
CO2固定途径 C3途径(卡尔文循环)
CO2固定的时间
光反应的场所
卡尔文循环的场所
有无光合午休 有
一、C3、C4、CAM植物
RuBP(C5)
PEP、C5
PEP、C5
C3
C4和C3
C4和C3
RuBP羧化酶
PEP羧化酶、RuBP羧化酶
PEP羧化酶、RuBP羧化酶
白天
白天
夜晚和白天
叶肉细胞类囊体薄膜
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
无
无
1.光呼吸定义
光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下，吸收O2并放出CO2的过程。
2.光呼吸的起因
①卡尔文循环中CO2固定的酶(Rubisco)具有两面性(或双功能)
②Rubisco即RuBP羧化加氧酶
a.高CO2浓度、低O2时，进行羧化
C5+CO2
2C3
Rubisco
b.低CO2浓度、高O2时，进行加氧
C5+O2
C2+C3
Rubisco
2C2+O2
C3+CO2
ATP、[H]
酶
二、光呼吸
光呼吸的定义和起因
1
①叶绿体中，RuBP羧化酶把RuBP 氧化成磷酸乙醇酸，后者在磷酸酶的作用过氧化下产生乙醇酸。
②过氧化物酶体中，乙醇酸在乙醇酸氧化酶下氧化为乙醛酸和H2O2。H2O2在过氧化氢酶作用下放出氧气；乙醛酸在转氨酶的作用下转变为甘氨酸。
③线粒体中， 两分子甘氨酸转变为丝氨酸并释放 CO2。丝氨酸线粒体酸再进入过氧化物酶体，经转氨酶的催化，形成羟基丙酮酸。然后还原为甘油酸。
④甘油酸在叶绿体内经过甘油酸激酶的磷酸化，产生3-磷酸甘油酸，参加卡尔文循环。
二、光呼吸
光呼吸过程图解
2
3.光呼吸的危害
①如果在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。
②光呼吸过程中消耗了ATP和还原氢，即造成了能量的损耗。
4.光呼吸的意义
①减少光抑制
在高光强、高温、干旱环境下，植物气孔关闭，CO2不能进入叶肉细胞，会导致光抑制。此时，植物的光呼吸释放CO2，消耗多余的能量，减少活性氧的产生，对光合器官起保护作用。
②在有氧条件下避免损失过多的碳。光呼吸虽然损失一些有机碳，但通过C2循环可以弥补一些损失的碳。
③光呼吸代谢中涉及多种氨基酸的转变，这对细胞的氮代谢有利。
④光呼吸可以为光合作用提供磷，参与某些蛋白的合成过程。
二、光呼吸
光呼吸的危害和意义
3
5.光呼吸与细胞呼吸的比较
比较项目 光呼吸 细胞呼吸
底物 C2化合物 糖类等有机物
发生部位 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 细胞质基质、线粒体
反应条件 光照 光或暗都可以
能量 消耗能量 产生能量
共同点 消耗O2、释放CO2
二、光呼吸
光呼吸的危害和意义
3
1.研究发现，玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环（固定CO2的初产物为C3，简称C3途径）外，还有另一条固定CO2的途径，固定CO2的初产物为C4，简称C4途径，这种植物为C4植物，其固定CO2的途径如下图。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍。下列有关叙述错误的是（ ）
A．图中CO2进入叶肉细胞被固定的最初产物是草酰乙酸
B．高温条件下，C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭
C．低浓度CO2条件下，C4植物可能比C3植物生长得好
D．苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞
B
课堂练习
因为有PEP羧化酶
对CO2的亲和力高
2.绿色植物在进行光合作用时会同时伴随发生一种消耗能量、吸收和释放CO2的现象，被称为光呼吸。下图为光呼吸的关系示意图。下列有关说法错误的是（ 　　）
A．光呼吸吸收O2、释放CO2的场所分别是叶绿体、线粒体
B．在光照条件下，若叶肉细胞中O2含量下降、CO2含量升高，会促进光呼吸
C．温室栽培蔬菜时可通过增施有机肥减少光呼吸对光合产物的损耗
D．干旱高温等逆境条件下，植物的光呼吸会增强
B
课堂练习
O2含量升高、CO2含量降低

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