专题2 重难点6 光抑制与光保护(Word教参)-【精讲精练】2026年高考生物二轮专题辅导与训练（B版）

重难点6　光抑制与光保护 1．(2024·重庆卷)重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的光饱和(光合速率不再随光强增加而增加)和光抑制(光能过剩导致光合速率降低)现象。 (1)探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员对黄连的光合特征进行了研究，结果见图甲。 甲 ①黄连的光饱和点约为________ μmol·m－2·s－1。光强大于1300 μmol·m－2·s－1后，胞间二氧化碳浓度增加主要是由于________________________。 ②推测光强对黄连生长的影响主要表现为________________________________________ ________________________________________________________________________。黄连叶片适应弱光的特征有________________________(答2点)。 (2)黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏(主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体)，为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向(图乙)的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括________(多选)。①叶片叶绿体避光运动；②提高光合产物生成速率；③自由基清除能力增强；④提高叶绿素含量；⑤增强热耗散 乙 (3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用是____________________________。 解析　(1)①光饱和点为光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度，由图甲净光合速率的曲线可知，当光照强度达到500 μmol·m－2·s－1时光合速率不再增加；光强大于1300 μmol·m－2·s－1后，由图甲可知光合作用受到抑制，且气孔导度增加，所以胞间二氧化碳浓度增加主要是由于光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加。②由图甲净光合速率曲线可知，光强对黄连生长的影响主要表现为在弱光条件下随光强增加快速生长，光照过强其生长受到抑制；黄连叶片适应弱光的特征有叶片较薄，叶绿素较多等。(2)为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向的比例，由图乙可看出光能的主要去向为热消耗，所以黄连提升修复能力等防御机制，具体可包括⑤增强热耗散、①叶片叶绿体避光运动、②提高光合产物生成速率、③自由基清除能力增强。而④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收，不能减轻光抑制。(3)为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施有合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应，合理密植等。 答案　(1)①500　光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加　②黄连在弱光条件下随光强增加快速生长，光照过强其生长受到抑制　叶片较薄；叶绿素较多(叶色深绿或叶绿体颗粒较大或叶绿体类囊体膜面积更大) (2)①②③⑤ (3)合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应 2．(2025·山东卷)高光强环境下，植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长，其部分光合过程如图所示。 注：表示电子的传递路径；Y、Z表示光合色素分子 (1)叶绿体膜的基本支架是____________；叶绿体中含有许多由类囊体组成的________，扩展了受光面积。 (2)据图分析，生成NADPH所需的电子源自________。采用同位素示踪法可追踪物质的去向，用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后，以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，能进入线粒体基质且被3H标记的物质有H2O、____________。离心收集绿藻并重新放入含HO的培养液中，在适宜光照条件下继续培养，绿藻产生的带18O标记的气体有_______。 (3)据图分析，通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析　(1)叶绿体膜属于生物膜，其基本支架是磷脂双分子层。叶绿体中含有许多由类囊体堆叠而成的基粒，扩展了受光面积。 (2)据题图可知，H2O光解产生电子，电子的受体为NADP＋，因此生成NADPH所需的电子源自H2O。用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后，3H会通过光合作用进入产物葡萄糖中，使葡萄糖被3H标记，以该葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，经有氧呼吸第一阶段产生的丙酮酸和[H]均会被3H标记，丙酮酸进入线粒体基质进行有氧呼吸第二阶段时分解产生[H]，故在线粒体基质中被3H标记的物质有H2O、丙酮酸和[H]。将离心收集的绿藻重新放入含有HO的培养液中，在适宜的光照条件下继续培养，绿藻中的HO经过光合作用产生了18O2；而18O2中的18O可通过有氧呼吸第三阶段进入H2O中，再通过有氧呼吸第二阶段可进入CO2中，故绿藻产生的带18O标记的气体有O2和CO2。 (3)据题图可知，过剩的光能可通过途径①以电能的方式耗散；还可通过途径②以热能的方式耗散，减轻光合系统的损伤。 答案　(1)磷脂双分子层　基粒 (2)H2O　丙酮酸、[H]　O2、CO2 (3)途径①以电能的方式耗散光能，途径②以热能的方式耗散光能 (1)概念：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。 (2)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。 (3)光抑制现象主要发生在PSⅡ系统。 PSⅡ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。 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。 情境资料　光抑制主要表现为光系统Ⅱ(PSⅡ)光化学效率以及饱和光强下光合速率的降低，光系统Ⅱ最大光化学效率(Fv/Fm)可用来表示光抑制程度。当光系统从环境中吸收的光能超出其光能利用能力时，光能以热能的形式耗散，称为非光化学淬灭(NPQ)。植物通过“非光化学淬灭(NPQ)”的机制来保护自身，在NPQ作用下，多余的光能会以热能的形式散失。该机制的启动、关闭特点如图所示。 (1)在正常情况下，叶绿体中光合色素吸收的光能有两个方面的用途：一是________________________________________________________________________________________________________________________________________________； 二是在有关的酶作用下，提供能量促使_________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)处在状态________(填图中数字序号)时，可通过启动NPQ避免叶绿体受创，NPQ直接作用于光合作用的________(填“光反应”或“暗反应”)阶段。 (3)引发NPQ机制开启、关闭的环境因素是________________，在光照开始一段时间后，叶绿体中光反应、暗反应能够同时、快速、稳定进行的原因，除有稳定的能量来源及物质供应外，还与叶肉细胞中______________________________________________________ (从物质转化角度分析)有关。 (4)由晴天突然转多云时(图中②→③)，短时间内叶绿体中C3的合成速率将________(填“加快”“减慢”或“不变”)，判断理由是________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)将水分解成氧和H＋、e－　ADP与Pi反应形成ATP(或ATP形成)　(2)②　光反应 (3)光照强度　ADP和Pi与ATP之间、NADP＋与NADPH之间不断迅速转化，且处于动态平衡　(4)减慢　光照强度减弱，C3消耗减少，导致C3积累，进而抑制C3的合成 1．(2025·四川德阳期中)当光照过强，植物吸收的光能超过光合作用所能利用的能量时，引起光能转化效率下降的现象称为光抑制。光抑制主要发生在光系统(PSⅡ)，PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，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PSⅡ变性失活，导致光合速率下降。为研究铁氰化钾(MSDS，一种电子受体)对微藻光抑制现象的作用，中国科学院研究人员进行了相关实验，结果如下图。下列说法错误的是(　　) A．PSⅡ在叶绿体中的位置应当是类囊体薄膜 B．PSⅡ分解水产生的H＋和电子与NAD＋结合形成暗反应所需的NADH C．光强度在I1～I2时，对照组光合放氧速率不再上升与光能转化效率下降有关 D．上述实验结果说明MSDS可能通过接受电子降低 PSⅡ受损来减轻微藻的光抑制 解析　PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，能将水分解为O2和H＋并释放电子，该过程是光反应阶段，位置应当是类囊体薄膜，A正确；光反应中，水分解为氧气、H＋和电子，电子与H＋、NADP＋结合形成NADPH(而非NADH)，该过程中光能转化为NADPH中活跃的化学能，B错误；由图可知光照强度从I1到I2的过程中，对照组微藻的光合放氧速率不变，光合作用利用的光能不变，但由于光照强度增加，因此光能转化效率下降，C正确；对照组中经I1光照强度处理的微藻PSⅡ没有被破坏，加入铁氰化钾后，光抑制解除，置于I3光照强度下，光合放氧速率会升高；而I3光照强度下，微藻细胞中PSⅡ已经被累积的电子破坏，加入铁氰化钾后能减轻微藻的光抑制，但并不能恢复，光合放氧速率仍然较低，D正确。 答案　B 2．(2025·河南新乡一模)近年来，以漂浮种群出现的铜藻金潮频繁爆发，对海洋生态系统造成巨大的负面影响。金潮爆发时，藻体于海水表面漂浮会接受更高的光强，但铜藻应对强光胁迫的光合响应机制尚不明确。为研究该机制，实验小组设置低强光(460 μmol·m－2·s－1)、中强光(920 μmol·m－2·s－1)、高强光(1380 μmol·m－2·s－1)3个强光水平，研究强光处理和弱光恢复过程中铜藻 Fv/Fm(表示光合色素对光能的转化效率)随时间的变化和类胡萝卜素(具有活性氧ROS 清除作用的抗氧化剂)含量的变化，发现3 个强光水平的实验组中 Fv/Fm均比正常光照情况下的对照组低。结果如图1和图2所示。 请回答下列问题： (1)铜藻细胞内的类胡萝卜素分布在________，类胡萝卜素主要吸收的光为________，光反应转化光能合成________和NADPH，NADPH为暗反应中C3的还原过程提供________。 (2)强光下植物光合速率下降的现象称为“光抑制现象”，产生光抑制的主要原因是强光下叶片吸收的光能过剩，会破坏叶绿体的结构，且植物吸收的光能超过光合作用所需，会产生过多的活性氧，导致植物死亡。试结合实验结果分析，铜藻应对强光胁迫的机制为①________；②________。 (3)铜藻应对强光胁迫存在自身的调节机制，能减缓“光抑制现象”的产生。请你设计实验判断强光是否对铜藻的叶绿体产生破坏作用，写出简单的实验设计思路：________。 解析　(1)类胡萝卜素作为一种光合色素，主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，主要吸收蓝紫光。光反应可以将光能转化合成为ATP和NADPH，其中NADPH为C3的还原提供能量和还原剂。 (2)依据题干信息可知，胡萝卜素是具有活性氧ROS 清除作用的抗氧化剂，强光下叶片吸收的光能过剩，会破坏叶绿体的结构，且植物吸收的光能超过光合作用所需，会产生过多的活性氧，导致植物死亡，结合图示信息可知：铜藻对强光胁迫的机制为①结合图1可知，铜藻可以降低光能的转化效率(Fv/Fm)，减少强光被利用的比例，从而防止光能过剩破坏叶绿体；②结合图2可知，铜藻还可以在强光下还增加类胡萝卜素的含量，从而及时清除 ROS，避免植物死亡。 (3)结合题干信息可知，实验的目的是探究强光是否对铜藻的叶绿体产生破坏作用，所以其自变量为是否经过强光处理，因变量为Fv/Fm。故实验设计思路为将强光处理的铜藻恢复正常光照(自身前后对照)，一段时间后检测其Fv/Fm值能否上升到正常水平(或将生长状况相同的铜藻均分成两组，一组给予正常光照，一组进行强光处理，一段时间后，观察比较两组叶绿体的类囊体膜、基粒片层的结构等有无差异)。 答案　(1)类囊体薄膜　蓝紫光　ATP　能量和还原剂 (2)①降低光能的转化效率，减少强光被利用的比例，从而防止光能过剩破坏叶绿体　②增加类胡萝卜素的含量，从而及时清除 ROS，避免植物死亡 (3)将强光处理的铜藻恢复正常光照，一段时间后检测其Fv/Fm值能否上升到正常水平(或将生长状况相同的铜藻均分成两组，一组给予正常光照，一组进行强光处理，一段时间后，观察比较两组叶绿体的类囊体膜、基粒片层的结构等有无差异) 学科网（北京）股份有限公司 $