备课素材：光反应的过程-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

光反应的过程 先看一道试题： 当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤，使PSⅡ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散，减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：①修复损伤的PSⅡ；②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。 （1）该实验的自变量为 。该实验的无关变量中，影响光合作用强度的主要环境因素有   (答出2个因素即可)。 （2）根据本实验， (填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱，理由是    。 （3）据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量   (填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是   。 解析：（1）据题意拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，结合题图分析实验的自变量有光照、H蛋白；影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分等。 （2）据图分析，强光照射下突变体的NPQ/相对值比野生型的NPQ/相对值高，能减少强光对PSⅡ复合体造成损伤。但是野生型含有H蛋白，能对损伤后的PSⅡ进行修复，故不能确定强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱。 （3）据图分析，强光照射下突变体中NPQ/相对值，而NPQ能将过剩的光能耗散，从而使流向光合作用的能量减少；突变体的NPQ强度大，能够减少强光对PSII的损伤且减少作用大于野生型H蛋白的修复作用，这样导致突变体的PSⅡ活性高，能为暗反应提供较多的NADPH和ATP促进暗反应进行，因此突变体的暗反应强度高于野生型。 答案：（1）光、H蛋白  CO2浓度、温度  （2）不能  突变体中PSⅡ损伤小但不能修复，野生型中PSⅡ损伤大但能修复 （3）少  突变体的NPQ强度高，PSⅡ损伤小，虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高，光反应产物多  这是2023年山东高考题，考查光反应过程，试题出现了教材没有的“PSⅡ”。 探索自然界最精妙的能量转换过程——光合作用，一直是科学家们追求的目标，光合作用中光系统的发现是经过多个科学家的实验和研究逐步证实的。要全面了解光反应的过程必须要了解光系统Ⅰ和Ⅱ，光系统(PS)，是进行光吸收的功能单位，是由叶绿素、类胡萝卜素、脂和蛋白质组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ和光系统Ⅱ。那么，什么是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ?功能是什么？光合磷酸化的过程是怎么样的？ 1.光系统Ⅰ和光系统Ⅱ的组成和功能 光系统Ⅰ（PSⅠ）核心复合体由反应中心色素P700（最大吸收波长为700nm）、电子受体和 PSⅠ捕光复合体组成，主要功能是进行NADP+的还原生成NADPH；光系统Ⅱ（PSⅡ主要由PSⅡ反应中心色素P680（最大吸收波长为680nm）、捕光复合体Ⅱ和放氧复合体等亚单位组成，主要功能是进行水的光解和放氧。如图所示： 2.光反应的过程（水的光解；ATP和NADPH的合成） 光系统由捕光系统和光反应中心组成。其中，捕光系统又被形象地称作天线，它由数百个叶绿素等色素分子组成。光能在光系统中转换为化学能主要有三个步骤：光吸收与激发能量传递；电荷分离与稳定；化学反应形成ATP和NADPH。 这些色素分子有序地排列，使捕获的光能能够从一个叶绿素分子传递给另一个叶绿素分子，并最终将能量汇集到光系统的反应中心。这些能量可激发反应中心的叶绿素分子中的电子。受激发的电子被迅速传递给相邻的电子受体，失去电子的叶绿素分子在相关酶的作用下，获得水中氧元素的电子而恢复到稳定状态，水被氧化成氧气，并释放出H+。          反应中心叶绿素分子中被激发的电子，沿着类囊体膜中的一系列电子传递体转移，组成光合链。光系统Ⅱ的色素吸收光能以后，产生一个高能电子，并将高能电子传送到电子传递体Q（质体醌），传递到Q上的高能电子就好像接力赛跑中的接力棒一样，依次传递给细胞色素b6f复合物（由细胞色素蛋白和血红素基团组成的复合物）、质体蓝素（一种分子量较小的含铜蛋白质）。电子传递驱动类囊体膜内的质子泵，在类囊体膜的两侧建立了质子梯度。利用建立起的质子梯度，类囊体膜上的ATP合成酶合成了ATP。光系统Ⅱ反应中心的色素失去电子后则由水中氧元素获得电子，水则被分解成氧气和质子。这种由光照引起的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程称为光合磷酸化。 类似于光系统Ⅱ，光系统I的色素吸收光能以后，产生一个高能电子，传送到铁氧还蛋白（一种分子量较小的含有铁硫中心的蛋白质），光系统I反应中心的叶绿素所失去的电子则由质体蓝素所传递的电子补充，激发的电子最后到达NADP+，生成NADPH。至此，光合作用形成了还原力强大的物质NADPH和高能物质ATP，为暗反应打下了基础。 学科网（北京）股份有限公司 $$