专题2 微点突破(3) 光呼吸-【步步高】2024年高考生物大二轮专题复习与增分策略（新高考，浙江专用）

光呼吸 1．光呼吸基本定义 植物的叶肉细胞在光下有一个与细胞呼吸不同的生理过程，即在光照条件下，叶肉细胞中 O2与 CO2 竞争性结合C5(五碳糖，RuBP)，O2与C5(五碳糖，RuBP)结合后经一系列反应释放 CO2的过程。这种反应在光照下进行，与需氧呼吸类似，故称光呼吸。由于光呼吸过程中几种主要化合物如乙醇酸、乙醛酸、甘氨酸等都是二碳化合物，因此光呼吸也称C2循环(C2 cycle)。 2．光呼吸过程图解 3．光呼吸过程解读 (1)场所：整个光呼吸碳氧化循环在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体三种细胞器中完成。 (2)过程 ①叶绿体中：光呼吸的最初反应是在叶绿体基质中，C5(五碳糖，RuBP)被氧化成乙醇酸磷酸，乙醇酸磷酸被磷酸酶催化脱去磷酸生成乙醇酸。 ②过氧化物酶体中：乙醇酸从叶绿体转移到过氧化物酶体中，在过氧化物酶催化下氧化为乙醛酸，经转氨基作用形成的甘氨酸进入线粒体。 ③线粒体中：两分子甘氨酸形成一分子丝氨酸，并脱去CO2。 ④C3生成：丝氨酸返回过氧化物酶体，经转氨基和还原形成甘油酸，再返回叶绿体，在甘油酸激酶催化下形成C3(三碳酸)。 阅读下列材料，回答1题。 高粱等植物在演化过程中形成如图所示的生理机制，这类植物被称为C4植物。水稻等植物不存在C4途径，仅通过叶肉细胞中的C3途径固定CO2，这类称为C3植物。C4植物能利用叶肉细胞间隙中浓度极低的CO2，维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞高10倍。R酶既可催化碳反应中CO2与C5糖结合，也可催化C5糖与O2结合。C5糖与O2结合后形成一个C3酸和一个C2，这个C2随后进入线粒体被氧化为CO2，这个过程称为光呼吸。 1．下列关于光呼吸过程的叙述，正确的是(　　) A．光呼吸过程中消耗O2的场所和细胞呼吸相同 B．正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低 C．R酶既可催化CO2与C5糖结合，也可催化C5糖与O2结合，说明R酶不具有专一性 D．光呼吸会消耗有机物导致减产，我们可以敲除控制R酶合成的基因从而提高产量 答案　B 解析　光呼吸过程中消耗O2的场所在叶绿体，细胞呼吸消耗O2的场所是线粒体，A错误；正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，光反应产生ATP和NADPH的量减少，碳反应消耗的C5糖减少，C5糖与O2的结合增加，通过光呼吸产生的CO2增多，随着时间的延长，光呼吸停止，最终叶片中释放的CO2均来自细胞呼吸释放的CO2，故叶片CO2释放量先增加后降低，B正确；R酶既可催化CO2与C5糖结合，也可催化C5糖与O2结合，这是在不同条件下R酶催化的不同反应，R酶具有专一性，C错误；R酶既可催化CO2与C5糖结合，也可催化C5糖与O2结合，若敲除控制R酶合成的基因，光合作用的碳反应不能进行，无法合成有机物，D错误。 2．(2022·江苏，20)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①～⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化则产生乙醇酸(C2)，C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题： (1)图Ⅰ中，类囊体膜直接参与的代谢途径有__________(从①～⑦中选填)，在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是__________________________________________________。 (2)在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的__________在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。 (3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化，获得曲线a、b(图Ⅱ)。 ①曲线a,0～t1时段(没有光照，只进行呼吸作用)释放的CO2源于细胞呼吸；t1～t2时段，CO2的释放速度有所增加，此阶段的CO2源于__________________。 ②曲线b，当时间到达t2点后，室内CO2浓度不再改变，其原因是_______________。 (4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图Ⅲ代谢途径，通过_______________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的__________价值。 答案　(1)①⑥　叶绿素a和叶绿素b　(2)过氧化氢　(3)①光呼吸和细胞呼吸　②光合作用强度等于细胞呼吸和光呼吸强度　(4)将乙醇酸转化为苹果酸，增加叶绿体中的CO2浓度　直接使用 解析　(1)类囊体膜上发生的反应有水的光解产生NADPH与O2，以及ATP的形成，即过程①⑥；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿素主要有叶绿素a和叶绿素b两种，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用红光照射参与反应的主要是叶绿素a和叶绿素b。(2)过氧化氢酶能将过氧化氢分解为O2和H2O，所以在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。(3)②曲线b显示有光照后t1～t2时段CO2浓度下降最后达到平衡，说明光合作用强度等于细胞呼吸和光呼吸强度。(4)图Ⅲ代谢途径降低了光呼吸，提高了植株生物量，直接提升了流入生态系统的能量，是直接使用价值的体现。 学科网（北京）股份有限公司 $$