第二单元 热点情境系列2 光呼吸和光抑制（教师用书Word）-【高考领航】2026年高考生物大一轮复习学案

光呼吸和光抑制 　(2024·黑吉辽卷)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2的值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题： (1)反应①是____________________过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是_____________________和____________________________________。 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自___________________________和____________________________________(填生理过程)。7～10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是______________________________。 据图3中的数据____________________(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是_________________________________________________。 图2 图3 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是________________________________________________________。 解析：(1)反应①C5和CO2在酶R的作用下生成C3，是CO2的固定过程。(2)有氧呼吸的第一阶段和第二阶段产生NADH，场所分别为细胞质基质和线粒体基质。(3)由图1可知，光呼吸过程也可以产生CO2；有氧呼吸第二阶段也可以产生CO2，故图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸和有氧呼吸。根据题中信息“我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2”推测，7～10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异是株系1和2与WT的光呼吸速率存在差异导致的，株系1和2转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，从而导致株系1和2中C5更多的与CO2结合使净光合速率增强。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＋光呼吸速率，根据图3无法推出株系1的呼吸速率和光呼吸速率，故据图3中的数据不能计算出株系1的总光合速率。(4)由图2和图3可以看出，在相同光照强度和CO2浓度下，与株系2相比，株系1的净光合速率较高，积累的有机物较多，产量可能更具优势。 答案：(1)CO2的固定　(2)细胞质基质　线粒体基质　(3)有氧呼吸　光呼吸　7～10时，随着光照强度的增加，株系1和2转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，使株系1、株系2中C5更多的与CO2结合，净光合速率均高于WT组　不能　总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＋光呼吸速率，由图示不能得出株系1的呼吸速率和光呼吸速率，故不能计算出其总光合速率　 (4)相同光照强度和CO2浓度下，株系1的净光合速率较高，积累有机物较多 1．光呼吸 (1)光呼吸的实质 ①所有进行光合作用的细胞在光照、高O2低CO2情况下发生的一个生化过程。 ②是光合作用一个损耗能量的副反应。 ③此过程中消耗O2，生成CO2。 (2)光呼吸过程图解 (3)光呼吸与一般有氧呼吸的比较 比较项目 光呼吸 一般有氧呼吸 与光的 关系 只在光下进行 光下、黑暗中都可进行 反应条件 光照、高O2低CO2环境 —— 反应物 乙醇酸和O2 通常是葡萄糖、H2O和O2 产物 CO2 CO2和水 发生部位 叶绿体、线粒体 细胞质基质、线粒体 (4)光呼吸产生的原因 ①内因：Rubisco是一种兼性酶，具有催化羧化反应(C5＋CO2→2C3)和加氧反应(C5＋O2→C3＋C2)两种功能。 ②外因：高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。 2．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，PSⅡ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。 1．(2025·广东广州模拟)植物接受过多光照会对叶绿体造成损害，因此植物需要“非光化学淬灭”(NPQ)的机制来保护自身，在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失。该机制的启动和关闭特点如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段 B．状态②时通过NPQ避免叶绿体受创 C．叶绿体中ATP的合成量下降可能导致NPQ机制关闭 D．状态③NPQ机制缓慢关闭过程中ATP含量升高 解析：D　由题中信息“在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失”，可以得出NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段，A正确；植物接受过多光照会对叶绿体造成损害，因此植物需要“非光化学淬灭”(NPQ)的机制来保护自身，状态②时通过NPQ避免叶绿体受创，B正确；叶绿体中ATP的合成量下降，光反应减弱，色素需要吸收的光能减少，可能导致NPQ机制关闭，C正确；由于NPQ机制关闭过程缓慢，导致色素吸收的光能减少，光反应减弱，导致类囊体内NADPH浓度下降，ATP的合成量也下降，D错误。 2．(2025·河北保定模拟)如图所示，光呼吸是进行光合作用的细胞在强光照和高O2低CO2情况下发生的生理过程，RuBP(C5)既可与CO2结合，经酶催化生成PGA(C3)进行光合作用；又可与O2在此酶催化下生成1分子PGA和1分子PG(C2)，进行光呼吸。请回答下列问题： (1)光呼吸时C5与O2结合的场所是____________________________，卡尔文循环过程中发生的能量转换是_____________________________________。 (2)研究人员经常把细胞呼吸称为“暗呼吸”。从反应条件角度分析，光呼吸和暗呼吸的区别是___________________________________________________。 (3)Rubisco酶是一种双功能性酶，其“双功能性”体现在___________________________________。 (4)在强光下，光反应转换的能量超过暗反应的需要，对细胞造成伤害，光呼吸可以消耗光反应产生的过多的________________________，从而对细胞起到保护作用。同时在夏季强光照下，叶片气孔关闭，光呼吸产生的____________________进入卡尔文循环，为光合作用提供原料。 解析：(1)据图分析，光呼吸和暗反应发生的场所相同，因此光呼吸时C5与O2结合的场所是叶绿体基质。光反应能量转换是光能转变为(ATP和NADPH中)活跃的化学能，暗反应需要光反应产生的ATP和NADPH，因此卡尔文循环过程中发生的能量转换是(ATP和NADPH中)活跃的化学能转化为(有机物中)稳定的化学能。(2)细胞呼吸在有光和无光的条件下均能发生，而光呼吸只有在有光的条件下才能发生，因此从反应条件角度分析，光呼吸和暗呼吸的区别是光呼吸只能在光下进行，暗呼吸有光无光都可以进行。(3)据图分析，Rubisco酶在CO2浓度较高时，催化C5与CO2反应，进行光合作用；O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，进行光呼吸，这也正体现了Rubisco酶的“双功能性”。(4)光反应是将光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，因此在强光下，光反应转换的能量超过暗反应的需要，对细胞造成伤害，光呼吸可以消耗光反应产生的过多的ATP、NADPH。在夏季强光照下，叶片气孔关闭，CO2无法从外界吸收，而此时光呼吸产生的CO2可以进入卡尔文循环，为光合作用提供原料。 答案：(1)叶绿体基质　(ATP和NADPH中)活跃的化学能转化为(有机物中)稳定的化学能　(2)光呼吸只能在光下进行，暗呼吸有光无光都可以进行　(3)CO2浓度较高时，该酶催化C5与CO2反应，进行光合作用；O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，进行光呼吸　(4)ATP、NADPH　CO2 学科网（北京）股份有限公司 $