(新高考)2023年高考生物一轮复习讲义第3单元解惑练1C3植物、C4植物和CAM植物(含解析)

解惑练1　C3植物、C4植物和CAM植物

自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。

1．C3途径：也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。

2．C4途径：研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。

3．CAM途径：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)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，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；形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。

归纳总结　C3植物、C4植物和CAM植物的比较

C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。

跟踪训练

1．(2022·江苏高三模拟)自然界的植物丰富多样，对环境的适应各有差异，自卡尔文发现光合作用中碳元素的行踪后，又有科学家发现碳元素行踪的其他路径。请据图回答下列问题。

(1)图1是C3植物碳元素代谢途径的示意图。①、②、③、④代表的是物质，A、B、C、D代表的是生理过程，则①、④依次是________、________；D过程是____________________，ATP的合成除发生在A过程外，还发生在________(填字母)过程。

(2)C3植物在干旱、炎热的环境中，由于气孔关闭造成_________________________，从而不利于光合作用。

(3)图2是C4植物和CAM植物利用CO2途径的示意图。据图分析，这两类植物固定CO2的酶比C3植物多一种________酶，该酶比Rubisco对CO2的亲和力大且不与O2亲和，具有该酶的植物更能适应________________的环境。

(4)由图2可知，C4植物是在不同________进行CO2的固定，而CAM植物是在不同________进行CO2固定。典型的CAM植物如仙人掌在夜晚吸收的CO2能否立即用于C3途径？________(填“能”或“不能”)，可能的原因是_______________________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)氧气　C5　有氧呼吸第二、三阶段　C、D

(2)CO2不能进入叶片，同时引起O2在细胞内积累

(3)PEP羧化　低CO2浓度　(4)细胞　时间　不能　没有光照，光反应不能正常进行，无法为暗反应提供足够ATP和NADPH

2．(2022·广东高三期中)玉米叶肉细胞能将CO2传递给维管束鞘细胞进行卡尔文循环。请据图回答下列问题：

(1)玉米光合作用光反应的场所是____________________，依据结构决定功能，据图分析最可能的原因是______________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)某农业大棚中同时种植玉米与大豆，由于工作人员工作失误，未及时通风导致大棚中CO2浓度降低，____________(填“玉米”或“大豆”)的生长受影响更大，判断的理由是________________________________________________________________________

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(3)若从玉米叶肉细胞中提取叶绿体，置于明暗交替进行的环境中，发现NADPH的含量在一段时间内上升，请结合题干信息分析，该变化趋势的原因是_____________________

________________________________________________________________________。

(4)某生物兴趣小组在野外发现了一植物，利用本题所涉及的原理，通过显微镜观察的方法，判断该植物是C4植物，还是C3植物，请写出具体的实验步骤、实验结果及结论。

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答案　(1)叶肉细胞中的叶绿体　叶肉细胞中的叶绿体有类囊体薄膜，可进行光反应；维管束鞘细胞中的叶绿体没有类囊体薄膜，不能进行光反应

(2)大豆　密闭大棚中，随植物光合作用的进行，CO2浓度下降，当CO2浓度下降到一定程度时，由于不能利用低浓度CO2，大豆光合作用受抑制，玉米中的PEP可利用低浓度CO2　(3)玉米叶肉细胞中的叶绿体在有光时，可进行光反应产生NADPH，而与暗反应有关的酶主要位于维管束鞘细胞的叶绿体中，暗处理时，不进行暗反应消耗NADPH，含量上升　(4)将该植物放置在适宜光照条件下一段时间，分别分离出叶肉细胞、维管束鞘细胞，将这两种细胞分别用碘液染色后，制成临时装片，放置在显微镜下观察细胞的颜色。若叶肉细胞变蓝，则该植物为C3植物；若维管束鞘细胞变蓝，则该植物为C4植物