一. 本周教学内容：
C3途径和C4途径、提高农作物的光合作用效率
二. 学习内容：
本周学习不同植物的光合途径，知道什么是C3途径和C4途径，两种植物光合结构的差别，光合过程的异同点。了解两种途径的光合过程，以及对植物的意义。学习提高农作物的光合作用效率的方法。知道什么是光合作用效率，影响光合作用效率的因素有哪些，这些因素如何发挥作用，怎样通过控制光合过程中的因素来提高光合作用效率。
三. 学习重点：
1. C3途径和C4途径的区别 2. C3植物和C4植物结构比较 3. C4途径的特点意义 4. 提高光合效率的方法
5. 光照和二氧化碳对光合作用的影响
四. 学习难点：
1. C3植物和C4植物结构比较 2. C4途径的特点及其意义 3. 提高光合效率的方法 4. 矿质元素对光合作用影响
五. 学习过程： 〔一〕概念
C3途径：在光合作用过程中，CO2中的C首先转移到C4中，然后才转移到C3中继续合成的途径 C4途径：光合作用过程中，将CO2固定后直接形成C3的途径 C3植物：具有C3途径光合作用的植物 C4植物：具有C4途径光合作用的植物 C4途径的发现：同位素标记示踪
用CO2作光合原料90%的14C出现在四碳有机酸中〔C4〕
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光合作用进行
C4中的14C减少，C3中的14C增加
推 论
先合成C4，再合成C3
〔二〕C3植物和C4植物结构特点
项目 C3植物 C4植物 呈“花环〞结构，细胞较大，排维管束鞘细胞 不含叶绿体 列紧密，含无基粒的叶绿体，且数量多，个体大 围绕维管束鞘的一圈细胞排列紧叶肉细胞 细胞排列疏松，都含叶绿体 密，含有正常叶绿体 适于温度较高地区，热带和亚热地理分布 适于温度较低的环境中，温带和寒带地区 带地区 进化中出现较早，蕨类、裸子植物和木本植物进化鉴别 都是C3植物 常见植物 大麦、大豆、马铃薯、菜豆、菠菜等 进化中出现较晚，比C3植物高等；只有在草本植物中才有C4植物 高粱、玉米、甘蔗、苋菜等 由于C3植物和C4植物在结构上的差异，两者在固定CO2时有不同的途径
〔三〕C4植物光合作用的特点
A. 基本过程：
1. CO2在叶肉细胞叶绿体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〕
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2. C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中，释放一个CO2，形成丙酮酸
3. 丙酮酸再次进入叶肉细胞叶绿体，在酶的作用下，由ATP供能，转化为PEP，继续固定CO2 4. CO2被C5固定，快速生成两个C3
5. 在酶的作用下，一部分C3接受ATP和NADPH释放出的能量，且被NADPH还原，经过一系列变化形成糖类等有机物
6. 另一部分C3经过复杂的变化形成C5，维持暗反应的进行 B. 过程图解：
C. 基本特点：
1. 在C4植物中有C4途径也有C3途径
2. C4途径发生在叶肉细胞的叶绿体中，C3途径发生在维管束鞘细胞叶绿体中
3. C4途径起到传递集中CO2作用，将外界的光合原料传递到维管束鞘细胞叶绿体内合成有机物 4. 在传送CO2的过程中，要消耗能量，来自ATP提供能量
5. 二氧化碳的转移通过草酰乙酸、丙酮酸完成，不是气体直接通过细胞传递
6. C4途径中固定CO2的酶〔PEP羧化酶〕有很强的亲和能力，可以将大气中的低浓度CO2固定下来 7. C4途径固定CO2的能力要比C3途径中的强，起到CO2泵的作用，提高了C4植物利用CO2的能力 8. 干旱条件下，叶片气孔关闭，C4植物能利用叶肉细胞间隙的低浓度CO2光合，C3植物不能 可以看出：
〔1〕C4途径和CAM途径都有一个固定CO2的附加过程，外界CO2先同化为四碳二羧酸，再经脱羧后固定形成碳水化合物。
〔2〕C4植物CO2的固定和还原在空间上是分开的，而CAM植物CO2的固定和还原那么是在时间上隔开的。
〔3〕C3和CAM植物的光合产物在叶肉细胞中形成；C4植物的光合产物在维管束鞘细胞中形成。 〔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：绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含的能量，与光合作用中吸收的光能的比值
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提高作物产量方法：
〔五〕光强对光合作用的影响
1. 光照的重要性：是光合作用基本条件，直接影响作物的光合作用效率 2. 光强的影响：不同的作物对光照的强弱需求不同
阳生植物在光强不足时生长不良，不利产量的提高；阴生植物在光强太弱不利生长，但是光强太强甚至有伤害作用。
3. 光成分的影响：不同颜色的光对农作物的光合作用效率有一定的影响 〔1〕对光合效率的影响
能量相等的单色光照射绿色植物： 红光和蓝紫光有利于提高光合作用效率 黄绿光不利于提高光合作用效率 〔2〕对光合作用产物的成分的影响 不同的单色光照射绿色植物
蓝紫光照射，光合产物中蛋白质和脂肪含量较多 红光照射下，光合产物中糖类较多
〔六〕二氧化碳的供应 1. 影响：
〔1〕CO2浓度很低时，绿色植物不仅不能制造有机物，还消耗体内的有机物〔曲线在X轴下方〕 〔2〕在一定浓度X围内，光合作用强度随CO2浓度的增加而加强〔X轴上方曲线斜率为正〕 〔3〕达到一定浓度后，光合作用强度不再随CO2浓度的改变而改变〔斜率为0部分〕 〔4〕继续提高CO2浓度，光合强度下降〔斜率为负部分〕
该曲线的纵轴单位：单位时间内，单位面积叶片生成有机物的量，用CO2表示。曲线的绘制考虑到
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光合作用和呼吸作用的共同影响，是植物的净光合作用。 2. 应用：
通常作物周围的CO2浓度比较的低，随着光合作用的进行还会降低，作物常处“CO2饥饿状态〞。
〔六〕必须矿质元素的供应 1. 矿质元素的重要作用：
2. 矿质元素对光合的影响
氮：缺乏时，植株矮小，叶小色淡〔叶绿素含量少〕，花少，籽实不饱满；过多时，叶大鲜绿，光合旺盛，营养生长旺盛，机械组织不发达，易倒伏
磷：缺乏时，蛋白质合成受阻，抗性降低
用磷脂酶将离体叶绿体膜上的磷脂水解，光合其他条件具备但过程受阻 钾：对糖类的合成和运输影响，促进蛋白质的合成，各种酶的辅助因子 光合作用合成糖类，将糖类运输到块根、块茎和种子等器官
植物对矿质元素的利用需要适量，过多过少都会造成不良的影响。缺乏任何一种矿质元素都会引起特有的生理病症。每种植物的病症因缺乏的元素的种类和数量。不同元素间相互作用，病症更复杂。 3. 应用：
钾供应充足，糖类合成加强，纤维素木质素含量高，茎秆坚韧，抗倒伏。 叶菜多施氮肥，籽实类作物后期不宜大量施氮肥，
[模拟试题]
1. C4植物叶片的“花环〞结构的两圈细胞，由内到外依次是〔 〕 A. 维管细胞、维管束鞘细胞 B. 维管束鞘细胞、全部叶肉细胞 C. 维管束鞘细胞、部分叶肉细胞 D. 维管细胞、部分叶肉细胞
2. C4途径中与C3途径中的首先固定二氧化碳的有机物分别是〔 〕
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word A. C3和C4 B.C5和C3 C. PEP和C5 D.C3和PEP
3. C4植物中的维管束鞘细胞与C3植物的维管束鞘细胞结构功能不同的是〔 〕 A. C4植物中的维管束鞘细胞不能进行光合 B. C4植物中的维管束鞘细胞没有完整叶绿体结构 C. C4植物中的维管束鞘细胞只进行二氧化碳传递作用
D. C4植物中的维管束鞘细胞的叶绿体没有基粒结构，但有膜片层结构 4. 完成二氧化碳的传送后，从维管束鞘细胞进入到叶肉细胞的化合物是〔 〕 A. PEP B. 草酰乙酸 C. 丙酮酸 D. C5化合物 5. C4途径发生在以下哪个位置〔 〕
A. 筛管细胞中 B. 维管束鞘细胞中 C. 花环结构叶肉细胞 D. 导管细胞 6. 以下植物中哪些是C4植物的是〔 〕 A. 玉米 B. 水稻 C. 小麦 D. 花生
7. 植物的光合作用产物通常与光的波长有关，用以下那种波长的光照射有利于合成蛋白质和脂肪物质〔 〕
A. 红光 B. 蓝紫光 C. 黄光 D. 自然光 8. 以下那种处理方式下阴生植物光合效率最高〔 〕 A. 强光照，低浓度二氧化碳 B. 弱光照，低浓度二氧化碳 C. 强光照，高浓度二氧化碳 D. 弱光照，高浓度二氧化碳
9. 磷脂酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的功能分别是〔 〕 A. 水解磷脂，催化PEP合成为草酰乙酸 B. 合成磷脂，催化PEP合成为草酰乙酸 C. 水解磷脂，催化PEP分解为丙酮酸 D. 合成磷脂，催化PEP分解为丙酮酸 10. 钾元素的功能表达错误的选项是〔 〕 A. 促进糖类的合成和运输 B. 促进蛋白质的合成
C. 是各种重要酶活性发挥的活化剂 D. 是辅酶II组成成分
11.以下植物细胞的叶绿体中不含有基粒的是〔 〕
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word A. C3植物叶肉细胞的叶绿体 B. C4植物维管束鞘细胞的叶绿体 C. C4植物叶肉细胞的叶绿体 D. C3植物保卫细胞的叶绿体
12. 当周围空气中CO2浓度降到很低时，对以下哪种作物的光合作用速率影响不大〔 〕 A. 小麦 B. 水稻 C. 甘蔗 D. 小球藻 13. C4植物固定CO2的物质是〔 〕 A. PEPB. C5 C. PEP和C5D. C4 14. C4植物的C4途径发生在〔 〕
A. 叶肉细胞的叶绿体内B. 维管束鞘细胞的叶绿体内 C. 叶肉细胞的基质中D. 叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体内 15. C4植物比C3植物固定CO2的能力高，其原因是〔 〕 A. PEP羧化酶与CO2的亲合力高 B. C4植物能耐高温
C. C4植物的维管束细胞有叶绿体
D. C4植物叶肉细胞和维管束细胞的叶绿体都具有PEP羧化酶
16. 有些植物在春天开花时，叶子尚未生长出来，开花时期植物需要的能量主要来自〔 〕 A. 春天植物从土壤中吸收的矿质元素 B. 春天植物从土壤中吸收的有机肥料 C. 花瓣的光合作用
D. 上一年贮存在植物体中的营养物质
17. 如果各种作物都能够自行固氮，能够带来的好处是〔 〕 〔1〕提高产量〔2〕节省能源〔3〕保护环境〔4〕减少竞争 〔5〕有利于保持生态平衡
A. 〔1〕〔2〕〔3〕〔5〕B. 〔2〕〔3〕〔4〕 C. 〔1〕〔2〕〔5〕D. 〔1〕〔2〕〔3〕
18. 叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，光能的吸收发生在叶绿体的〔 〕 A. 内膜上 B. 基质中 C. 囊状结构薄膜上 D. 各部位上 19. 绿色植物在暗室中不能〔 〕
A. 生长 B. 呼吸 C. 合成叶绿素 D. 吸收矿质元素
20. 将两根枝条分别置于营养液中。其中一枝仅保留一X叶片〔甲〕，另一枝保留两X叶片〔乙、丙〕，叶片置玻璃盒中密封〔玻璃盒大小足以保证实验顺利进行〕，在甲叶和乙叶的盒中注入CO2，装置如下
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图。照光一段时间后，可以检测到放射性的叶片〔 〕
A. 仅在甲中 B. 仅在甲和乙中 C. 仅在甲和丙中 D. 在甲、乙和丙中 21.以下图中的A、B两图分别表示C３、C4植物叶片横切结构。请据图分析回答：
〔1〕注明各部分名称：1.；2.；3.；4. 。①；②；③。 〔2〕A、B两图中属于C4植物的为。
〔3〕C4植物比C3植物具有较强光合作用的原因之一是_________________，可以促使PEP把大气中浓度很低的CO2固定下来，并使C4集中到______________中，形成〔CH2O〕等有机物。
22. 人参是一种名贵的滋补品，其根中含有多种人参皂苷及少量挥发油，具有补气强身的功效。为了成功地栽培人参，科学家对人参生长的最适环境因素进行了研究。为探索人参生长的最适光照强度，将人参培养在密闭装置中，缓冲液使密闭装置中的CO2浓度保持在0.03％，用灯泡控制光强。 〔1〕实验时控制的变量是___________，不变的条件是____
〔2〕实验结果得到如图的曲线〔光合作用及呼吸作用强度用每小时O2的释放量表示〕：曲线中a点表示_______，b点的含义是________；d点后O2的释放量下降的原因是_______________。
释放O2 b 吸收a O2 c d 光照强度 〔3〕如果上述曲线改为表示玉米光照强度与光合作用的关系，请你在上图坐标中画出玉米光照强度与光合作用关系曲线〔只要求画出趋势图〕。
〔4〕山区居民为了培植人参，将乔木砍光，留下一些灌木给人参遮阴，请你预测结果，并说明理由。___________________。
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[参考答案]
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. 栅栏组织；2. 海绵组织；3. 维管束鞘细胞；4. 维管束；①维管束；②维管束鞘细胞；③叶肉细胞〔2〕B
〔3〕C4途径固定CO2的酶对CO2具有很强的亲和力；维管束鞘细胞的叶绿体 22.〔1〕光照强度 ；二氧化碳浓度、温度、装置的容积
〔2〕在一定的温度条件下，人参的呼吸强度；人参光合作用强度与呼吸作用的强度相等；光照过强，蒸腾作用旺盛导致气孔关闭、二氧化碳供应不足，水分供应也明显不足。
〔3〕玉米光补偿点和光饱和点均大于人参
〔4〕人参培植将会失败；因为没有乔木遮阴，灌木不能适应强光而逐渐减少，人参属于阴生植物不能在强光下生存
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