微专题02 光抑制和光保护-备战2025年高考生物二轮复习热点微专题

光抑制与光保护 二轮微专题 1 【2024 青岛一模】21.植物含叶绿体的细胞在光照下不但进行CO2的同化，而且存在依赖光的消耗O2释放CO2的反应，称为光呼吸。研究发现，光呼吸是由于O2竞争性地结合卡尔文循环关键酶Rubisco造成的。Rubisco的底物CO2与O2竞争同一活性位点，互为抑制剂。该酶既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中生成CO2。下图表示叶肉细胞中有关代谢过程。 （2）当环境中CO2与O2含量比值___________（填“偏高”或“偏低”）时，叶片容易发生光呼吸。已知温度升高会降低细胞溶胶中气体的溶解度，试分析温度高于某一临界值时，光呼吸迅速增加的原因是___________。（3）从光反应和暗反应物质联系的角度分析，高O2浓度条件下，短时间内NADPH含量升高的原因是___________。 NADPH含量 光反应 暗反应 标准答案：只要从CO2固定能力减弱（暗反应减弱），NADPH消耗减少的角度去回答均得2分 错题回顾 链接高考 【山东卷】强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯（BR）对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。 分组 处理 甲 清水 乙 BR 丙 BR+L (1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析，液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是 。 (2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有 、 （答出2种原因即可）；氧气的产生速率继续增加的原因是 。 (3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光抑制 （填“增强”或“减弱”）；乙组与丙组相比，说明BR可能通过 发挥作用。 3 光抑制与光保护 光是光合作用的能源，然而，光能超过光合系统所能利用的量时，光合生物会启动自我保护机制，光合功能下降，这就是光抑制现象。光抑制现象主要发生在PS Ⅱ系统。 PS Ⅱ结构示意图 PS II是一个多亚基的色素蛋白复合体，在高等植物和藻类的类囊体中起着光驱动水氧化和质体醌还原的作用。 D1 蛋白位于 PSⅡ反应中心并由叶绿体核基因编码，最容易收到环境因素的影响，它是PSⅡ发生光破坏的起因。 4 在弱光下，PSII活性随着光强度的增加而增加。在强光条件下，叶绿体首先尝试通过将过多的光能以热量的形式耗散来避免光胁迫。然而，当光强度增加时，PSII的光抑制作用变得明显。在严重的光胁迫条件下，PSII蛋白会发生损伤，从而产生光抑制 PSⅡ 活 性 光能以热的形式散失 光抑制 光抑制与光保护 5 光抑制的三道防线 防线1.减少对光能的吸收 ： ①叶片叶绿体的移动 ②增加叶片的绒毛、蜡质等加强光的过滤 防线2.增强代谢能力 ： ①增加热耗散 ②光呼吸 ③活性氧清除 防线3.作用中心可逆修复 防线1 光抑制与光保护 6 防线2 ①增加热耗散 【2023·山东卷】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。 ②光呼吸 【2021·山东卷】光照条件下,叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。 ③活性氧清除 活性氧 光抑制与光保护 未在高考、模拟题中出现 <m></m> 是一种兼性酶，具有两种催化功能： 羧化反应 <m></m> 加氧反应 <m></m> 光抑制与光保护——光呼吸 光照条件下,叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。 8 2.光呼吸的不利影响：消耗暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。 3.光呼吸的有利影响 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 ，这些物质积累会产生自由基，从而损伤叶绿体。而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和 ，从而减轻这些物质对叶绿体的伤害。 消耗氧气 产生二氧化碳 【总结】1.光呼吸的场所：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 。        光抑制与光保护——光呼吸 9 ： ①比值增大，羧化反应增强，进行光合作用； ②比值减小，加氧反应增强，进入 <m></途径， 因此，高 <m></m> 环境下，光呼吸会明显加强，而提高 <m></m> 浓度可明显抑制光呼吸。 光抑制与光保护——光呼吸 <m></m>的催化功能与什么有关？ 10 思考2：光抑制主要发生在PS II，能将水分解为O2和H+并释放电子。电子积累过多会产生活性氧使PS II变性失活，使光合速率下降。光呼吸也能对光合器官起保护作用，避免产生光抑制，原因是: 光呼吸可以消耗多余的NADPH，生成的NADP+可以消耗电子 光抑制与光保护——光呼吸 【2021山东卷】光照条件下,叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示,SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。请回答下列问题。 0 100 200 300 400 500 600 m-2·s-1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 m-2·s-1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 (1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的______________中。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,CO2释放量增加的原因是_______________________________________。  答案 (1)基质　光照停止,光反应产生的ATP、NADPH减少,暗反应消耗的C5减少,C5与O2的结合增加,产生的CO2增多　 光抑制与光保护——光呼吸 12 0 100 200 300 400 500 600 m-2·s-1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 m-2·s-1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 (2)与未喷施SoBS溶液相比,喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度______________(填“高”或“低”),据表分析,原因是_______________________________。  (3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物,农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度,据表分析,应在_____________mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。  答案 (2)低　喷施SoBS溶液后,光合作用固定的CO2增加,光呼吸释放的CO2减少,即叶片的CO2吸收量增加,释放量减少。此时,在更低的光照强度下,两者即可相等　 (3)100~300 光抑制与光保护——光呼吸 13 有关光呼吸的长句表达 (1)由于光呼吸的存在,会降低植物体内有机物的积累速率。Rubisco的催化方向取决于CO2与O2的浓度比,请推测具体的情况:________________。 (2)研究发现,1/3以上的光合产物要消耗在光呼吸底物上。生产实际中,常通过适当升高CO2浓度达到增产的目的,请分析并解释其原理: ________________________(从光合作用原理和Rubisco催化反应特点两个方面作答)。 (3)已知强光下ATP和NADPH的积累会产生O2-(超氧阴离子自由基),而O2-会对叶绿体光合作用的反应中心造成伤害。依据图中信息,解释植物在干旱天气和过强光照下,光呼吸的积极意义是________________________。 答案：当CO2与O2的浓度比高时,Rubisco酶催化CO2与C5结合反应加强;当CO2与O2的浓度比低时,Rubisco酶催化O2与C5结合反应加强　 答案：CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行,进而提高光合作用强度,同时还可促进Rubisco酶催化更多的C5与CO2结合,减少C5与O2的结合,从而降低光呼吸速率　 答案： 叶片缺水,气孔部分关闭,CO2吸收减少,低浓度CO2使得光呼吸增强,光呼吸可以消耗多余的ATP和NADPH　 光抑制与光保护——光呼吸 14 【2023·山东卷】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 。 防线3 光抑制与光保护——光系统修复 作用中心可逆修复 15 【原因类答题技巧】：（1）因果搭桥，即建立已知条件与结果之间的生物学知识联系，结合题干信息，运用课本专业术语、名词，最后要落脚在结果。 （2）若情景中有某物质的含量变化，要从来源和去路两方面分析物质含量。 （3）答题时一定要写清楚逻辑关系，知识点一层层地呈现。 （4）对于有些题目有两个数据变化，一定要解释前者，再解释后者。 (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 。 光抑制与光保护——光系统修复 $$