2024年高考生物一輪復習（新人教版）第3單元　解惑練2　光呼吸和光抑制-課件下載-教習網(wǎng)

解惑練2　光呼吸和光抑制1．光呼吸光呼吸是進行光合作用的細胞在光照和高氧低二氧化碳情況下發(fā)生的一個生化過程。該過程以光合作用的中間產(chǎn)物為底物，吸收氧、釋放二氧化碳。其生化途徑和在細胞中的發(fā)生部位也與一般呼吸(也稱暗呼吸)不同。(1)光呼吸的起因Ⅰ.植物體為什么會發(fā)生光呼吸呢？主要原因是在生物體的進化過程中產(chǎn)生了一種具有雙功能的酶，這個酶的名字叫作RuBP羧化/加氧酶，就是核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶，這個酶可以縮寫為Rubisco。核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)就是卡爾文循環(huán)中的C5。Ⅱ.二氧化碳和氧氣競爭性與Rubisco結合，當二氧化碳濃度高時，Rubisco催化RuBP與二氧化碳形成兩分子3－磷酸甘油酸(PGA)，就是卡爾文循環(huán)中的C3，進行卡爾文循環(huán)；當氧氣濃度高時，Rubisco催化RuBP與氧氣形成1分子PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中PGA進入卡爾文循環(huán)，而磷酸乙醇酸脫去磷酸基團形成乙醇酸，乙醇酸就離開葉綠體，走上了光呼吸的征途，這條路艱難而曲折，有害也有利。基本過程見下圖。(2)光呼吸的過程Ⅰ.發(fā)生光呼吸的細胞需要三個細胞器的協(xié)同作用才能將光呼吸起始階段產(chǎn)生的“次品”修復，耗時耗能。這也是早期光呼吸被人們稱作“卡爾文循環(huán)中的漏逸”，“Rubisco的構造缺陷”的原因。Ⅱ.下圖展示了卡爾文循環(huán)和光呼吸的詳細過程。(3)光呼吸的危害如果在較強光下，光呼吸加強，使得C5氧化分解加強，一部分碳以CO2的形式散失，從而減少了光合產(chǎn)物的形成和積累。其次，光呼吸過程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的損耗。(4)光呼吸的意義其實光呼吸和卡爾文循環(huán)是一種動態(tài)平衡，適當?shù)墓夂粑鼘χ参矬w有一定積極意義，這也許是進化過程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意義如下：Ⅰ.回收碳元素。就是2分子的C2形成1分子的C3和CO2，那1分子C3通過光呼吸過程又返回到卡爾文循環(huán)中，不至于全部流失掉。即通過光呼吸回收了3/4的碳元素。Ⅱ.防止強光對葉綠體的破壞。強光時，由于光反應速率大于暗反應速率，因此，葉肉細胞中會積累ATP和NADPH，這些物質(zhì)積累會產(chǎn)生自由基，尤其是超氧陰離子，這些自由基能損傷葉綠體，而強光下，光呼吸加強，會消耗光反應過程中積累的ATP和NADPH，從而減輕對葉綠體的傷害。當然植物體還有很多避免強光下?lián)p傷葉綠體的機制。光呼吸算是其中之一。Ⅲ.消除乙醇酸對細胞的毒害。歸納總結　光呼吸與暗呼吸的比較比較項目光呼吸暗呼吸(有氧呼吸)底物乙醇酸糖、脂肪、蛋白質(zhì)發(fā)生部位葉綠體、過氧化物酶體、線粒體細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體反應條件光照光或暗都可以能量消耗能量(消耗ATP和NADPH)產(chǎn)生能量共同點消耗氧氣，放出二氧化碳 2.光抑制植物的光合系統(tǒng)所接受的光能超過光合作用所能利用的量時，光合功能便降低，這就是光合作用的光抑制。(1)光抑制機理：光合系統(tǒng)的破壞，PS Ⅱ是光破壞的主要場所。發(fā)生光破壞后的結果：電子傳遞受阻，光合效率下降。(2)光抑制的主要防御機制①減少光吸收，植物體也可以通過葉運動(減少葉片與主莖的夾角)或葉綠體運動這種對強光的快速響應以減少對光的吸收，從而避免光抑制。②增加熱耗散：a.當依賴能量的葉綠素熒光猝滅增加時，通過增加激發(fā)能的熱耗散可以部分避免光抑制。降低光飽和條件下的PSⅡ的光化學效率，可以避免光抑制破壞的發(fā)生。b.在強光下非光輻射能量耗散增加的同時，玉米黃素含量增加，玉米黃素與激發(fā)態(tài)的葉綠素作用，從而耗散其激發(fā)能，保護光合機構免受過量光能破壞。③進行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止強光和CO2虧缺條件下發(fā)生光抑制。跟蹤訓練1．光呼吸是O2/CO2偏高時與光合作用同時發(fā)生的生理過程，是經(jīng)長期進化形成的適應機制。光呼吸和暗反應關系密切，機理如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)A．光呼吸可保證CO2不足時，暗反應仍能正常進行B．光合作用的光反應強于暗反應容易導致光呼吸發(fā)生C．光呼吸過程雖消耗有機物，但不產(chǎn)生ATPD．抑制光呼吸能大幅度提高光合作用強度答案　D2．某研究小組測得在適宜條件下某植物葉片遮光前吸收CO2的速率和遮光(完全黑暗)后釋放CO2的速率。吸收或釋放CO2的速率隨時間變化趨勢的示意圖如下(吸收或釋放CO2的速率是指單位面積葉片在單位時間內(nèi)吸收或釋放CO2的量)，回答下列問題：(1)在光照條件下，圖形A＋B＋C的面積表示________________，該植物在一定時間內(nèi)單位面積葉片光合作用，其中圖形B的面積表示_____________________________，從圖形C可推測該植物存在另一個________的途徑，CO2進出葉肉細胞都是通過________的方式進行的。(2)在上述實驗中，若提高溫度、降低光照，則圖形________(填“A”或“B”)的面積變小，圖形___________(填“A”或“B”)的面積增大，原因是______________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)固定的CO2總量　呼吸作用釋放出的CO2量　釋放CO2　自由擴散　(2)A　B　光合速率降低，呼吸速率增強解析　(1)根據(jù)坐標圖分析，A的面積為葉肉細胞吸收外界CO2的量，而B＋C的面積總和則是植物自身產(chǎn)生CO2的量，兩部分的CO2都會被植物的葉肉細胞所吸收，即光合作用固定的CO2總量。遮光之后，植物主要進行呼吸作用產(chǎn)生CO2，根據(jù)遮光后平穩(wěn)段的直線的變化趨勢可以推出B的面積表示這段時間內(nèi)植物呼吸作用放出的CO2量，而圖形C則表示植物可能通過其他途徑產(chǎn)生CO2。CO2屬于小分子，進出細胞都是通過自由擴散的方式進行的。(2)題干中提到適宜條件是針對光合作用，所以提高溫度、降低光照都會使光合作用減弱，所以A的面積會變小，而呼吸作用的最適溫度比光合作用的最適溫度要高，所以提高溫度會增大呼吸作用的速率，而光照的改變對呼吸作用無影響，所以B的面積會變大。3．(2021·山東，21)光照條件下，葉肉細胞中O2與CO2競爭性結合C5，O2與C5結合后經(jīng)一系列反應釋放CO2的過程稱為光呼吸。向水稻葉面噴施不同濃度的光呼吸抑制劑SoBS溶液，相應的光合作用強度和光呼吸強度見下表。光合作用強度用固定的CO2量表示，SoBS溶液處理對葉片呼吸作用的影響忽略不計。SoBS濃度(mg/L)0100200300400500600光合作用強度(CO2μmol·m－2·s－1)18.920.920.718.717.616.515.7光呼吸強度(CO2μmol·m－2·s－1)6.46.25.85.55.24.84.3 (1)光呼吸中C5與O2結合的反應發(fā)生在葉綠體的___________中。正常進行光合作用的水稻，突然停止光照，葉片CO2釋放量先增加后降低，CO2釋放量增加的原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)與未噴施SoBS溶液相比，噴施100 mg/L SoBS溶液的水稻葉片吸收和放出CO2量相等時所需的光照強度__________(填“高”或“低”)，據(jù)表分析，原因是____________________。(3)光呼吸會消耗光合作用過程中的有機物，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可通過適當抑制光呼吸以增加作物產(chǎn)量。為探究SoBS溶液利于增產(chǎn)的最適噴施濃度，據(jù)表分析，應在____________mg/L之間再設置多個濃度梯度進一步進行實驗。答案　(1)基質(zhì)　光照停止，產(chǎn)生的ATP、NADPH減少，暗反應消耗的C5減少，C5與O2結合增加，產(chǎn)生的CO2增多　(2)低　噴施100 mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸釋放的CO2減少，即葉片的CO2吸收量增加、釋放量減少。此時，在更低的光照強度下，兩者即可相等　(3)100～300解析　(3)光呼吸會消耗有機物，但光呼吸會釋放CO2，補充光合作用的原料，適當抑制光呼吸可以增加作物產(chǎn)量，由表可知，在 SoBS溶液濃度為200 mg/L時光合作用強度與光呼吸強度差值最大，即光合產(chǎn)量最大，為了進一步探究最適噴施濃度，應在100～300 mg/L之間再設置多個濃度梯度進一步進行實驗。4．(2023·江蘇揚州高郵市模擬預測)夏季，植物經(jīng)常受到高溫和強光的雙重脅迫。研究發(fā)現(xiàn)：當光照過強，植物吸收的光能超過其所需要時，會導致光合速率下降，這種現(xiàn)象稱為光抑制。有關光抑制的機制，一般認為：在強光下，一方面因NADP＋不足使電子傳遞給O2形成O；另一方面會導致還原態(tài)電子積累，形成三線態(tài)葉綠素(3chl)，3chl與O2反應生成單線1O2。O和1O2都非?；顫?/span>，如不及時清除，會攻擊葉綠素和PSⅡ反應中心的D1蛋白，從而損傷光合結構。類胡蘿卜素可快速淬滅3chl，也可以直接清除1O2，起到保護葉綠體的作用。請回答下列問題：(1)根據(jù)圖1分析，PSⅡ位于________________(細胞結構)；請從光反應和暗反應物質(zhì)聯(lián)系的角度，分析強光條件下NADP＋不足的原因：______________________________________。(2)圖2是夏季連續(xù)兩晝夜內(nèi)，某杏樹CO2吸收量和釋放量的變化曲線圖。S1～S5表示曲線與橫軸圍成的面積。造成圖2中MN段波動的主要外界因素是__________。經(jīng)過這兩晝夜，該杏樹仍正常生長，則有機物的積累量在圖示__________(填字母)時刻達到最大值。圖中S2明顯小于S4，造成這種情況的主要外界因素最可能是__________。(3)光合作用中的Rubisco酶是一個雙功能酶，在光下，它既能催化C5與CO2的羧化反應進行光合作用，又能催化C5與O2的加氧反應進行光呼吸(如圖3)。羧化和加氧作用的相對速率完全取決于CO2和O2的相對濃度。研究發(fā)現(xiàn)，光呼吸也能對光合器官起保護作用，避免產(chǎn)生光抑制，請根據(jù)圖3分析原因：_____________________________________________________。答案　(1)葉綠體類囊體薄膜　強光條件下，光反應產(chǎn)生的NADPH多于暗反應消耗的量，導致NADP＋供應不足　(2)溫度　I　光照強度　(3)光呼吸可以消耗多余的ATP和NADPH，從而對光合器官起保護作用，避免產(chǎn)生光抑制解析　(1)根據(jù)圖1分析，PSⅡ可以吸收光能，位于葉綠體類囊體薄膜；強光條件下，光反應產(chǎn)生的NADPH多于暗反應消耗的量，導致NADP＋供應不足。(2)影響植物細胞呼吸的主要因素是溫度，夜間溫度有起伏，故造成MN段波動的因素為溫度。I點時植株的光合強度等于呼吸強度，超過I點有機物消耗大于合成速率，故這兩晝夜有機物的積累量在I時刻達到最大值。影響光合作用的環(huán)境因素主要有光照強度、溫度和CO2濃度，故兩晝夜中，造成S2明顯小于S4的外界因素最可能是光照強度。(3)據(jù)圖3分析可知，光呼吸可以消耗多余的ATP和NADPH，從而對光合器官起保護作用，避免產(chǎn)生光抑制。5．(2022·山東，21)強光條件下，植物吸收的光能若超過光合作用的利用量，過剩的光能可導致植物光合作用強度下降，出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。為探索油菜素內(nèi)酯(BR)對光抑制的影響機制，將長勢相同的蘋果幼苗進行分組和處理，如表所示，其中試劑L可抑制光反應關鍵蛋白的合成。各組幼苗均在溫度適宜、水分充足的條件下用強光照射，實驗結果如圖所示。(1)光可以被蘋果幼苗葉片中的色素吸收，分離蘋果幼苗葉肉細胞中的色素時，隨層析液在濾紙上擴散速度最快的色素主要吸收的光的顏色是__________。(2)強光照射后短時間內(nèi)，蘋果幼苗光合作用暗反應達到一定速率后不再增加，但氧氣的產(chǎn)生速率繼續(xù)增加。蘋果幼苗光合作用暗反應速率不再增加，可能的原因有___________________、_______________(答出2種原因即可)；氧氣的產(chǎn)生速率繼續(xù)增加的原因是________________。(3)據(jù)圖分析，與甲組相比，乙組加入BR后光抑制________(填“增強”或“減弱”)；乙組與丙組相比，說明BR可能通過____________________發(fā)揮作用。答案　(1)藍紫光　(2)NADPH、ATP等的濃度不再增加　CO2濃度有限　光能的吸收速率繼續(xù)增加，使水的光解速率繼續(xù)增加　(3)減弱　促進光反應中關鍵蛋白的合成解析　(1)蘋果幼苗葉肉細胞中的色素有葉綠素a、葉綠素b、葉黃素、胡蘿卜素，其中胡蘿卜素在層析液中溶解度最大，故色素分離時，隨層析液在濾紙上擴散速度最快的色素是胡蘿卜素，主要吸收藍紫光。(3)據(jù)圖分析，與甲組相比，乙組加入BR后光合作用強度較高，說明加入BR后光抑制減弱；乙組用BR處理，丙組用BR和試劑L處理，與乙組相比，丙組光合作用強度較低，由于試劑L可抑制光反應關鍵蛋白的合成，說明BR可能是通過促進光反應關鍵蛋白的合成發(fā)揮作用的。

相關課件

相關課件更多

相關課件

相關課件 更多

相關課件更多