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1、光合作用与生物固氮光合作用与生物固氮二 C3植物和C4植物主讲老师：史江华COCO2 2NADPHNADPHNADPNADP+ +ATPATPADP+PiADP+Pi（CHCH2 2OO酶酶C C5 52 2C C3 3在小麦体内该反应发生的场所在哪里在小麦体内该反应发生的场所在哪里 ？ COCO2 2的受体是什么，产物是几碳化合物 ？哪些物质来自光反应的什么阶段？ 看图回答：看图回答：Melvin Calvin, (1911-1997) Nobel Laureate, chemistry, 1961这个反应是怎样被发现的呢？小球藻悬浮液14C02卡尔文实验（同位素标记法）Calvin领导的研
2、 究小组给小球藻提供 14CO2，光照不同时间后杀死细胞，观察14C 在哪种化合物中，以 确定CO2固定的最初 产物。 照光60秒：14C分布于许多化合物中，有C3、C4，C5 ，C6，C7化合物。 缩短到7秒时：几乎所有的14C集中在一种化合物上PGA(3-磷酸甘油酸)确定了CO2固定后的最初产物是3磷酸甘油 酸（PGA）。由于PGA是三碳化合物，所以这一 途径被称为C3途径。是不是所有的植物都 是以这样的方式固定 二氧化碳的呢？澳大利亚科学家澳大利亚科学家MDHatchMDHatch和和CRSlackCRSlack 在研究在研究玉米玉米、甘蔗甘蔗等原产热带地区的绿色植等原产热带地区的绿色植
3、 物发现，当向这些植物提供物发现，当向这些植物提供1414COCO2 2时，光合作时，光合作 用开始后的用开始后的1 1s s内，内，90%90%以上的以上的1414C C出现在含有出现在含有 四个碳原子四个碳原子的有机酸的有机酸草酰乙酸草酰乙酸（C C4 4）中中 随着光合作用的进行，随着光合作用的进行，C C4 4中的中的1414C C逐渐减少，逐渐减少， 而而C C3 3中的中的1414C C逐渐增多。逐渐增多。由此，发现了一种新的由此，发现了一种新的CO2固定途径：C4途径 C C4 4植物的发现：植物的发现： 什么叫什么叫C C3 3途径？途径？光合作用中固定CO2的途径发生在C3植
4、 物体内，叫做C3途径。 什么叫什么叫C C4 4途径？途径？光合作用中固定CO2的途径发生在C4植 物体内，叫做C4途径。 什么叫什么叫C C4 4植物？植物？光合作用时CO2中的C首先转移到C4里 ，然后再转移到C3中的植物，叫做C4植物 。例如：玉米、甘蔗、高粱等热带植物。 什么叫什么叫C C3 3植物？植物？光合作用时CO2中的C直接转移到C3里 的植物，叫做C3植物。例如：小麦、水稻、大麦、大豆、马 铃薯、菜豆和菠菜等温带植物。（一）（一）C C3 3植物和植物和C C4 4植物叶片结构特点植物叶片结构特点 什么叫维管束？什么叫维管束？绿色植物的叶片中由导管和筛管等构成的结绿色植物的
5、叶片中由导管和筛管等构成的结 构。构。导管：运输水分和矿质元素等，单向。导管：运输水分和矿质元素等，单向。筛管：运输有机养料等，双向运输筛管：运输有机养料等，双向运输。 什么叫维管束鞘细胞？什么叫维管束鞘细胞？围绕维管束的一圈薄壁细胞。围绕维管束的一圈薄壁细胞。看图比较看图比较C C3 3植物植物C C4 4植物植物C3植物与C4植物的结构特点C3 ：维管束鞘细胞没有叶绿体C4 ：维管束鞘细胞含有没有基粒的叶绿体， 一部分叶肉细胞花环状排列在维管束鞘细胞外面维管束鞘细胞维管束鞘细胞叶肉细胞叶肉细胞 细胞细胞 大小大小是否是否 含叶绿体含叶绿体排列排列是否是否 含叶绿体含叶绿体C C3 3植植
6、物物C C4 4植植 物物小栅栏组织栅栏组织 海绵组织海绵组织“ “花环状花环状” ”地围地围 绕在维管束鞘绕在维管束鞘 细胞的外面细胞的外面不含大含没有基粒的叶含没有基粒的叶 绿体，叶绿体数绿体，叶绿体数 多、个体大多、个体大含有含有C C3 3植物和植物和C C4 4植物叶片植物叶片 结构特点结构特点叶肉细胞叶肉细胞 中的叶绿体中的叶绿体维管束鞘细胞维管束鞘细胞 中的叶绿体中的叶绿体C C4 4植物光合作用特点示意图植物光合作用特点示意图（二）（二）C C3 3途径和途径和C C4 4途径途径COCO2 2NADPHNADPH NADPNADP+ +ATPATP ADP+PiADP+Pi（
7、CHCH2 2OO）多种酶多种酶 参加催化参加催化C C5 52 2C C3 3COCO2 2 C C4 4C C3 3(PEP)(PEP)（丙酮酸）（丙酮酸）C C4 4ADP+PiADP+PiATPATPC C3 3酶酶 C C4 4途径意义途径意义C C4 4植物中含有的能固定植物中含有的能固定COCO2 2的酶，即的酶，即 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，简称为磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，简称为PEPPEP羧羧 化酶化酶( (与与COCO2 2有很强的亲和力有很强的亲和力) )。可促使。可促使PEPPEP 把大气中把大气中含量很低的含量很低的COCO2 2以以C C4 4的形式固定的形式固定 下来
8、，并且使下来，并且使C4C4集中到维管束鞘细胞内的集中到维管束鞘细胞内的 叶绿体中，供维管束鞘细胞内叶绿体中的叶绿体中，供维管束鞘细胞内叶绿体中的 C3C3途径利用。途径利用。 C C4 4植物这种独特的作用，被科学家形象的比植物这种独特的作用，被科学家形象的比 喻成什么？喻成什么？“ “二氧化碳泵二氧化碳泵” ”大气中的大气中的 二氧化碳二氧化碳低浓度的低浓度的 二氧化碳二氧化碳高浓度的高浓度的 二氧化碳二氧化碳C C4 4途径途径C C3 3途径途径产物产物能量能量能量能量C C4 4植物中的植物中的“二氧化碳泵二氧化碳泵”“ “二氧化碳泵二氧化碳泵” ”因此，C4植物比C3植物具有较强光
9、合作用。COCO2 2的的 受体受体COCO2 2固定固定 后的产物后的产物COCO2 2固定固定 的场所的场所C C3 3还原还原 的场所的场所ATPATP和和 NADPHNADPH的的 作用对象作用对象暗反应暗反应 途径途径C C3 3植物植物C C4 4植物植物C C3 3PEPPEPC C5 5C C3 3C C3 3途径C C3 3C C4 4途径C C3 3途径C C4 4 C C3 3C C5 5叶肉细胞叶肉细胞 的叶绿体的叶绿体叶肉细胞叶肉细胞 的叶绿体的叶绿体 维管束鞘维管束鞘 细胞的叶细胞的叶 绿体绿体叶肉细胞叶肉细胞 的叶绿体的叶绿体维管束鞘维管束鞘 细胞的叶细胞的叶 绿
10、体绿体C C3 3植物和植物和C C4 4植物光合作用比较植物光合作用比较练习练习1 1）C C4 4植物光合作用过程中的重要特点是植物光合作用过程中的重要特点是（ （ ）A A、既有既有C C4 4途径又有途径又有C C3 3途径途径B B、只有只有C C4 4途径没有途径没有C C3 3途径途径C C、先进行先进行C C3 3途径后进行途径后进行C C4 4途径途径DD、只有只有C C3 3途径没有途径没有C C4 4途径途径A A练习练习2 2）C C4 4植物具有较强光合作用的原因是有关植物具有较强光合作用的原因是有关 的一种酶能催化的一种酶能催化 （ （ ）A A、PEPPEP固定较
11、低浓度固定较低浓度COCO2 2B B、C C5 5化合物与化合物与COCO2 2结合结合C C、NADPHNADPH还原还原C C3 3生成有机物生成有机物 D D、特殊状态的叶绿素特殊状态的叶绿素a a将光能转换成电能将光能转换成电能 A A练习练习3 3）C C4 4植物与植物与C C3 3植物相比，其发生光合作用植物相比，其发生光合作用 的场所为的场所为 （ （ ）A A、只发生在叶肉细胞叶绿体中只发生在叶肉细胞叶绿体中B B、只发生在维管束鞘细胞叶绿体中只发生在维管束鞘细胞叶绿体中C C、叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体中叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体中 D D、叶肉细胞和导管细胞的叶绿体中叶肉细胞和导管细胞的叶绿体中 C C练习练习4 4）下列植物中属于）下列植物中属于C C4 4植物的是植物的是 （ ） ）A A、水稻水稻 B B、小麦小麦 C C、高粱高粱 D D、菜豆菜豆 C C
