2025年“湘道杯”大賽教學(xué)設(shè)計人教版（2019）高中高三年級二輪復(fù)習(xí)微專題光合作用的特殊情境——CO2濃縮機(jī)制參賽人：蔣云梅學(xué)校名：道縣第二中學(xué)2025高考二輪復(fù)習(xí)課程基本信息學(xué)科生物學(xué)年級高三年級學(xué)期春季課題二輪復(fù)習(xí)微專題：光合作用的特殊情境CO2濃縮機(jī)制教科書書名：必修一《分子與細(xì)胞》教材出版社：人民教育出版社出版日期：2024年教學(xué)目標(biāo)從物質(zhì)與能量視角，探索光合作用和呼吸作用，闡明細(xì)胞生命活動過程中貫穿著物質(zhì)與能量的變化?；诠夂献饔玫膶W(xué)習(xí)，解決不同植物生產(chǎn)生活實(shí)踐問題，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。通過對材料的歸納分析，提高學(xué)生在面對高考題中復(fù)雜情境題的分析能力。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)重點(diǎn)：光合作用過程的復(fù)習(xí)。C4途徑、CAM途徑、光呼吸教學(xué)難點(diǎn)：C4途徑、CAM途徑、光呼吸教學(xué)過程一、導(dǎo)入建構(gòu)細(xì)胞代謝知識網(wǎng)絡(luò)路徑導(dǎo)引，規(guī)劃實(shí)施，展示學(xué)習(xí)目標(biāo)，明確學(xué)習(xí)內(nèi)容。光合作用過程復(fù)習(xí)【任務(wù)一】繪制光合作用過程圖學(xué)習(xí)小組點(diǎn)評組員繪制的光合作用過程圖，并討論光合作用的相關(guān)考點(diǎn)。二、光合作用的特殊情境【任務(wù)二】閱讀資料，歸納總結(jié)資料一：C4途徑研究玉米的葉片結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，玉米的維管束鞘細(xì)胞和葉肉細(xì)胞緊密排列，組成“花環(huán)型”結(jié)構(gòu)(如圖1)。植物只能短時間開放氣孔，CO2的攝入量必然少。植物必須利用這少量的CO2進(jìn)行光合作用，合成自身生長所需的物質(zhì)。葉肉細(xì)胞中的葉綠體有類囊體能進(jìn)行光反應(yīng)，同時，CO2被整合到C4化合物中，隨后C4化合物通過胞間連絲進(jìn)入維管束鞘細(xì)胞，維管束鞘細(xì)胞中沒有完整的葉綠體，在維管束鞘細(xì)胞中，C4化合物釋放出的CO2參與卡爾文循環(huán)，進(jìn)而生成有機(jī)物，并且不積存淀粉(如圖2)。PEP羧化酶被形象地稱為“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有較強(qiáng)光合作用(特別是在高溫、光照強(qiáng)烈、干旱條件下)能力，并且無光合午休現(xiàn)象。常見C4植物有玉米、甘蔗、高粱、莧菜等。資料二：CAM途徑CAM植物夜間吸進(jìn)CO2，淀粉經(jīng)糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在PEP羧化酶催化下，CO2與PEP結(jié)合，生成草酰乙酸，進(jìn)一步還原為蘋果酸儲存在液泡中。從而表現(xiàn)出夜間淀粉減少，蘋果酸增加，細(xì)胞液pH下降。而白天氣孔關(guān)閉，蘋果酸轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中脫羧，放出CO2，進(jìn)入C3途徑合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再還原成三碳糖，最后合成淀粉或者轉(zhuǎn)移到線粒體，進(jìn)一步氧化釋放CO2，又可進(jìn)入C3途徑。從而表現(xiàn)出白天淀粉增加，蘋果酸減少，細(xì)胞液pH上升?？偨Y(jié)：特征C3植物C4植物CAM植物與CO2結(jié)合的物質(zhì)最初CO2接受體主要CO2固定酶光反應(yīng)的場所卡爾文循環(huán)的場所有無光合午休資料三：藍(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機(jī)制羧化體濃縮CO2的機(jī)制概括為：細(xì)胞吸收的HCO3以及CO2進(jìn)化后轉(zhuǎn)換成的HCO3都可以選擇性的通過羧化體的蛋白質(zhì)外殼進(jìn)入羧化體中，然后在羧化體經(jīng)碳酸酐酶催化轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2,由于羧化體既能阻止O2進(jìn)入，又能阻止CO2逸出，所以羧化體內(nèi)CO2濃度很高，且無氧氣競爭在羧化體內(nèi)在Rubisco的催化下和RuBP反應(yīng)形成三碳酸（3PGA），完成CO2的固定。羧化體中產(chǎn)生的三碳酸（3PGA）最終會排出羧化體外進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)后再進(jìn)行卡爾文循環(huán)。資料四：光呼吸1.光呼吸過程：光呼吸是植物的綠色細(xì)胞在光照條件下，吸收O2并放出CO2的過程。這一反應(yīng)是在葉綠體、過氧化物酶體和線粒體三種細(xì)胞器的協(xié)同參與下完成的。2.光呼吸的生理作用：在高光強(qiáng)、高溫、干旱和輻射環(huán)境條件下，植物發(fā)生氣孔關(guān)閉，CO2不能進(jìn)入葉肉細(xì)胞，會導(dǎo)致光抑制。此時，植物通過光呼吸釋放CO2，消耗多余的能量，減少活性氧產(chǎn)生，對光合器官起保護(hù)作用，避免產(chǎn)生光抑制。通過光呼吸可收回75%的碳，避免有氧呼吸中碳的過度損失。光呼吸可能為光合作用過程提供磷或參與某些蛋白質(zhì)的合成過程。但較強(qiáng)的光呼吸對于光合作用產(chǎn)物的積累是很不利的，比如水稻、小麥等C3植物光呼吸顯著，通過光呼吸可耗損光合作用新形成有機(jī)物的25%?？偨Y(jié)：1、光呼吸與細(xì)胞呼吸的區(qū)別比較項目光呼吸暗呼吸(有氧呼吸)底物乙醇酸發(fā)生部位反應(yīng)條件能量共同點(diǎn)2、光呼吸存在的意義和危害三、2025高考考法預(yù)測：光呼吸是植物的綠色部分在光照條件下消耗氧氣并釋放CO2的過程，會導(dǎo)致光合作用減弱、作物減產(chǎn)。研究人員為獲得光誘導(dǎo)型高產(chǎn)水稻，在其葉綠體內(nèi)構(gòu)建一條光呼吸支路(GMA途徑)如圖1中虛線框內(nèi)所示。(1)圖1所示光呼吸過程中，O2與CO2競爭結(jié)合_____,抑制了光合作用中的______階段。同時乙醇酸從葉綠體進(jìn)入過氧化物酶體在酶的參與下進(jìn)行代謝，造成碳流失進(jìn)而導(dǎo)致水稻減產(chǎn)。(2)卡爾文循環(huán)過程中發(fā)生的物質(zhì)或能量轉(zhuǎn)變是_____A.光能→電能→ATP、NADPHB.ATP、NADPH→糖類C.糖類→ATP→電子傳遞鏈→ATPD.乙酰輔酶A→NADH→ATP(3)在光照條件下圖1所在細(xì)胞產(chǎn)生CO2的途經(jīng)有_____。(編號選填)①線粒體中甘氨酸分解②細(xì)胞呼吸過程③葉綠體中丙酮酸分解（4）研究人員將外源G酶、A酶和M酶的基因?qū)胨炯?xì)胞，使其在光誘導(dǎo)下表達(dá)，并在葉綠體中發(fā)揮作用。檢測發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因水稻的凈光合速率、植株干重等方面均高于對照組?？衫脠D2所示模型解釋其原因，但圖中編號所示存在兩處錯誤，請指出錯誤編號并改正（5）在轉(zhuǎn)基因水稻的葉肉細(xì)胞中會發(fā)生的是_____（編號選填）①RNA合成②蛋白質(zhì)合成③染色質(zhì)螺旋化為染色體④著絲粒分裂⑤同源染色體分離研究人員測定了一天中早8點(diǎn)至晚18點(diǎn)時間段轉(zhuǎn)基因水稻葉片中外源G酶基因的表達(dá)量，以及G酶總表達(dá)量隨時間的變化情況(如圖)。(6)外源G酶基因表達(dá)量與PFD(代表光合有效光輻射強(qiáng)度)大致呈正相關(guān)，在1314時明顯下降，由此推測外源G酶基因表達(dá)除光強(qiáng)外，還可能受___等因素的影響。(編號選填)①溫度②CO2濃度③氣孔導(dǎo)度(7)據(jù)圖推測13時轉(zhuǎn)基因水稻__。A.內(nèi)源G酶表達(dá)量顯著升高B.乙醛酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦拾彼嵩龆郈.消耗氧氣增多D.光呼吸增(8)莖中光合產(chǎn)物的堆積會降低水稻結(jié)實(shí)率而減產(chǎn)，而本研究中GMA途徑的改造并未降低水稻的結(jié)實(shí)率。結(jié)合上述研究將以下說法排序成合理解釋：盡管GMA途徑促進(jìn)葉片產(chǎn)生較多光合產(chǎn)物→____→____→____水稻莖中有機(jī)物不至于過度堆積而保證結(jié)實(shí)率。A.光呼吸增強(qiáng)使得光合產(chǎn)物未爆發(fā)式增加B.光合產(chǎn)物可以及時運(yùn)輸?shù)阶蚜.G酶表達(dá)量的動態(tài)變化，使中午進(jìn)入GMA途徑的乙醇酸未顯著增加課后作業(yè)：生活在干旱地區(qū)的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中;白天氣孔關(guān)閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用?；卮鹣铝袉栴}:（1）白天葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的場所有，光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和