2022年高中生物选修光合作用C3植物和C4植物

2022年高中生物选修光合作用C3植物和C4植物【教学目标】1、通过观察C3植物和C4植物叶片的永久横切片，使学生记住C3植物和C4植物在叶片结构上的区别，并以此了解C4植物光合作用的特点。2、知道C4植物固定二氧化碳的能力明显提高的原因。【重点难点】 重点C3植物和C4植物在叶片结构上的区别及C3植物光合作用的特点。难点C4植物光合作用的特点【课时安排】 1课时【教学过程】复习提问在光合作用中，CO2是怎样进入到糖类等有机物中的？（引导学生回忆学过的光合作用的过程并在副板书的位置上写出图解。）科学家在研究玉米、甘蔗等原产在热带地区绿色植物的光合作用时发现，当向这些绿色植物提供14CO2时，光合作用开始后的1小时内，竟有90%以上的14C出现在含有四个碳原子的有机酸中。这是什么原因造成的呢？原来在植物里存在两种不同光合作用的途径，在光合作用中，CO2中的C首先转移到C4中，然后才转移到C3中，这种植物叫C4植物，将仅有C3的植物叫C3植物。C3植物和C4植物不仅固定CO2的途径不同，而且叶片结构也具有各自的特点。新授（一）C3植物C4植物叶片结构的特点（将课本P29C3植物的叶片结构图和C4植物的叶片结构图，投影到大屏幕上，讲解两种结构。教师增加投影C3和C4叶片切片图。）总结：C3植物和C4植物结构上的不同点。比较项目C3植物C4植物结构特点功能结构特点功能维管束鞘细胞不含叶绿体细胞较大，含有无基粒的叶绿体C3途径（CO2第2次固定）叶肉细胞含有叶绿体，有栅栏组织和海绵建立完成光合作用含正常叶绿体，与鞘细胞共同围绕维管束C4途径（教师总结，C3植物和C4植物不仅在结构上有许多不同，生理特性上也有很多不同点，用投影的方式将下表投出。）C3植物和C4植物生理特征（表做成投影片）特征C3植物C4植物植物类型典型的温带植物典型热带或亚热带植物叶片结构维管束鞘细胞不含叶绿体，叶肉细胞含叶绿体，维管束鞘细胞周围叶肉细胞排列松散，没有“花环型”结构维管束鞘细胞含许多没有基粒或基粒发育不良的较大的叶绿体；叶肉细胞叶绿体较少、较小，但有基粒。且维管束鞘的外侧密接一层环状排列的叶肉细胞，组成“花环型”结构主要CO2固定酶RuBp羧化酶PEP羧化酶、RuBp羧化酶PEP羧性酶活性U mol/(mgchl.min)小（0.300.35）大（1618）CO2固定途径C3途径C4途径和C3途径最初CO2受体RuBpPEPCO2固定的最初产物C3C4（草酰乙酸）CO2补偿点（mg/L）3070010光饱和点全日照1/5无光合最适温度15253047气孔张开白天白天CO2固定场所叶肉细胞叶绿体C4途径：叶肉细胞叶绿体C3途径：维管束鞘细胞叶绿体光合产物形成场所叶肉细胞维管束鞘细胞（二）C3途径和C4途径（即C3植物光合作用和C4植物的光合作用）这么多的生理特征不同，那么它的光合作用的途径有何不同呢？（引入C3途径，即C3植物光合作用的过程，利用副板书让学生自己讲一遍。）1、C3植物的光合作用C3植物仅有叶肉细胞含叶绿体，整个光合过程都是在叶肉细胞里进行，光合产物亦只是积累在叶肉细胞中，维管束鞘细胞不积存光合产物，CO2固定途径仅有C3途径。思考C4植物究竟有什么特别的结构或过程使得它有这些独特的特征呢？答：有关PEP羧化酶。（介绍C4过程，将课本P32C4植物光合作用过程图投影到大屏幕上）2、C4植物的光合作用光合产物只积累在组管束鞘薄壁细胞中，具体过程如下图：思考是哪种酶与CO2具有很强的亲和力？答：PEP羧化酶。（C4植物固定CO2的PEP羧化酶与CO2的亲和力比C3途径中C5羧化酶与CO2的亲和力高60倍。）这种酶的合成由什么决定的？答：基因决定。C3植物和C4植物的根本不同点是什么？答：C4植物的独特作用“CO2泵”。3、“CO2泵”及意义。（见后总结）总结：C3途径与C4途径的相同、不同点（着重讲解结构差异、光合作用过程的差异）植物种类CO2的受体CO2固定后的产物CO2固定的场所CO2还原的场所ATP和NADPH的作用对象暗反应的途径C3植物C5（RuBp）C3叶肉细胞叶绿体叶肉细胞C3C3途径C4植物PEPC4（草酰乙酸）C4途径：叶肉细胞叶绿体C3途径：维管束鞘细胞叶绿体维管束鞘细胞C3C4途径和C3途径根据上表，得出结论： 1C4途径的CO2的受体是磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），CO2与PEP结合生成C4的场所是叶肉细胞的叶绿体。 2C4形成后进入维管束鞘细胞释放CO2，CO2与C5结合生成2C3进行C3途径。 3C3植物仅在叶肉细胞的叶绿体内进行C4途径，C4植物既在叶肉细胞的叶绿体内进行C4途径又在维管束鞘细胞的叶绿体内进行C3途径。总结：（ “CO2泵”及意义）C4植物固定CO2的PEP羧化酶与CO2的亲和力比C3途径中C5羧化酶与CO2的亲和力高60倍。因此，C4植物能够把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，并运输到维管束鞘细胞的叶绿体中供C3途径利用。因此，在热带的高温地区及在夏季炎热的中午，叶片气孔关闭，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用。C4植物比C3植物更适于生活在温度较高的热带地区，C4植物比C3植物在进化上更高等。补充资料：1、植物叶片中为什么只有维管束鞘细胞出现淀粉粒？植物叶片中的维管束鞘细胞比较大，其中含有许多比较大的叶绿体，但是，这些叶绿体没有基粒或基粒发育不良。在维管束鞘细胞的外侧，有一层与维管束鞘细胞接触紧密的、呈环状或近似环状排列的叶肉细胞。这层叶肉细胞通过大量的叶肉细胞组成了“花环型”的结构，这种结构是植物叶片所特有的。C3植物的维管束鞘细胞比较小，不含或很少含有叶绿体，维管束鞘细胞周围的叶肉细胞排列疏松，叶片内没有“花环型”的结构。由于植物的卡尔文循环（包括CO2的固定，还原及C5的再生和CH2O形成）是在维管束鞘细胞中进行的，所以，植物通过光合作用时，只有维管束鞘细胞中不形成淀粉，相反，C3植物通过光合作用产生的淀粉只存在于叶肉细胞中，维管束鞘细胞中则没有淀粉。2、在干旱的环境中，这什么植物生长得比C3植物好？C3途径中CO2固定是通过二磷酸核酮糖羧化酶的催化来实现的。C4途径中CO2的固定是通过 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化作用来实现的。这两种酶都能固定CO2，但是它们对CO2的亲和力却相差很远。实验证明，后者的亲和力比前者高约60倍，因此植物的光合效率比C3植物甚至能够利用细胞间隙中会计师很低的CO2继续进行光合作用，而C3植物生长得比C3植物好。3、C3植物和C4植物的区别。一是维管束鞘，C3植物的维管束鞘细胞内无叶绿体，C4植物的维管束鞘细胞内含有无基粒的叶绿体且细胞比较大；二是光合作用中CO2的固定途径，C3植物CO2的固定是被C5与CO2结合形成C3，不需能量仅需酶，与暗反应中C02的还原发生在同一细胞的同一叶绿体内；C4植物的CO2的第一次固定需要消耗能量，第一次固定与还原不在同一细胞内完成。【教 后 感】