尖子生突破06 光呼吸、光抑制和光系统过程-【尖子生突破】备战2024年高考生物重难点突破精讲

尖子生突破6 光呼吸、光抑制和光系统过程 应用一：光呼吸 光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。二氧化碳和氧气竞争性与Rubisco结合，当二氧化碳浓度高时，Rubisco催化RuBP与二氧化碳形成两分子3－磷酸甘油酸(PGA)，就是卡尔文循环中的C3，进行卡尔文循环；当氧气浓度高时，Rubisco催化RuBP与氧气形成1分子PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中PGA进入卡尔文循环，而磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成乙醇酸，乙醇酸就离开叶绿体，走上了光呼吸的征途，这条路艰难而曲折，有害也有利。基本过程见下图。 光呼吸的危害：如果在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。 光呼吸的意义：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通过光呼吸过程又返回到卡尔文循环中，不至于全部流失掉。即通过光呼吸回收了3/4的碳元素。 Ⅱ.防止强光对叶绿体的破坏。强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此，叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。当然植物体还有很多避免强光下损伤叶绿体的机制。光呼吸算是其中之一。 Ⅲ.消除乙醇酸对细胞的毒害。 应用二：光抑制 植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。(1)光抑制机理：光合系统的破坏，PS Ⅱ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合效率下降。 (2)光抑制的主要防御机制 ①减少光吸收，植物体也可以通过叶运动(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。 ②增加热耗散：a.当依赖能量的叶绿素荧光猝灭增加时，通过增加激发能的热耗散可以部分避免光抑制。降低光饱和条件下的PSⅡ的光化学效率，可以避免光抑制破坏的发生。b.在强光下非光辐射能量耗散增加的同时，玉米黄素含量增加，玉米黄素与激发态的叶绿素作用，从而耗散其激发能，保护光合机构免受过量光能破坏。 ③进行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止强光和CO2亏缺条件下发生光抑制。 应用三：光系统 1．光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气、H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 2．电子(e－)经过电子传递链：质体醌→细胞色素b6f复合体→质体蓝素→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白→NADPH。 3．电子传递过程是高电势到低电势(光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于光能的作用，从而逆电势传递，这是一个吸能的过程)，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入到囊腔侧，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。当然，光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)以及在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程，为建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。 4．类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 一、单选题 1．绿色植物在光照条件下，吸收O2和释放CO2的过程称为光呼吸。光呼吸氧化的底物乙醇酸（C2H4O3）是从同化CO2过程的中间产物转变而来的。下图为某植物体内光合作用和光呼吸的示意图，下列有关叙述错误的是（    ） A．高O2含量环境中，C2和葡萄糖均可在线粒体内被彻底分解成CO2和H2O B．光呼吸释放的CO2进入同一细胞的叶绿体参与暗反应至少需穿过8层磷脂分子 C．CO2／O2的值增大时，有利于进行光合作用而不利于进行光呼吸 D．光呼吸会减少叶绿体内C3的合成量，降低光合作用效率 2．光呼吸是植物利用光能，吸收O2并释放CO2的过程。研究者将四种酶基因（GLO、CAT、GCL、TSR）导入水稻叶绿体，创造了一条新的光呼吸代谢支路（GCGT支路），如图虚线所示。 据图分析，下列推测错误的是（    ） A.光呼吸时C5与O2的结合发生在线粒体内膜上 B.光呼吸可以将部分碳重新回收进入卡尔文循环 C．GCGT支路有利于减少H2O2对叶绿体的损害 D．GCGT支路可以降低光呼吸从而提高光合效率 3．光呼吸与细胞呼吸是两个不同的反应。光呼吸指的是当О2浓度较高时，Rubisco酶催化C5与O2反应，最后在线粒体内生成CO2的过程（当CO2浓度较高时，Rubisco酶催化CO2与C5反应进行光合作用）。下列分析正确的是（